RU2400614C1

RU2400614C1 - Wedge-shaped diverter

Info

Publication number: RU2400614C1
Application number: RU2009129110/03A
Authority: RU
Inventors: Фарит Фоатович Ахмадишин (RU); Фарит Фоатович Ахмадишин; Константин Викторович Мелинг (RU); Константин Викторович Мелинг; Ильгиз Камаевич Кашапов (RU); Ильгиз Камаевич Кашапов; Алмаз Адгамович Мухаметшин (RU); Алмаз Адгамович Мухаметшин; Ренат Ильгизович Кашапов (RU); Ренат Ильгизович Кашапов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2010-09-27

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: diverter consists of guide wedge with working surface and support assembly. The latter includes support element with inclined surfaces converging downwards towards diverter axis. Support element is connected to lower part of wedge and equipped with central channel interconnected with hydraulic chamber which is hollow and equipped from below with orifice hole. At that, hydraulic chamber is connected to cavity of drill pipes by means of high pressure hose. Support element has from below an external cylindrical surface on which there rigidly arranged is piston and which is enveloped with cylinder with possibility of upward longitudinal movement along it. Piston cavity of cylinder is interconnected with central channel. Housing is made in the form of hollow movable sleeve rested from below on cylinder and spring-loaded from above from the support element. Housing includes openings for screwing dies which are made in the form of rollers.

EFFECT: improving reliability level of installation and attachment of the device in the well, possibility of achieving material economy, energy saving, labour input economy and saving of time during well construction with multiple use of one set of wedge-shaped diverter, possibility of simultaneous production from the main and additional well bores.

4 dwg

Description

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к забуриванию боковых стволов из ранее пробуренных скважин.The invention relates to drilling wells, namely, drilling sidetracks from previously drilled wells.

Известно устройство для забуривания дополнительного ствола из скважины, включающее полый корпус, отклоняющий клин и узел спуска устройства в скважину в виде надетого на клин и связанного с ним разъемным соединением кожуха, приспособленного для соединения с колонной труб (патент RU №2006561, Е21В 7/08, опубл. бюл. №2 от 30.01.1994 г.).A device is known for drilling an additional wellbore from a well, including a hollow body deflecting a wedge and a unit for lowering the device into the well in the form of a casing worn on a wedge and connected with it by a detachable connection, adapted to be connected to a pipe string (patent RU No. 20046561, ЕВВ 7/08 , published Bulletin No. 2 of January 30, 1994).

Его недостатками являются сложность конструкции из-за наличия в нем пакерного и якорного узлов, а также ненадежность, поскольку закрепление его в скважине путем резкой подачи инструмента вниз является неуправляемым процессом, а использование для этого хвостовика связано с большими затратами труб.Its disadvantages are the design complexity due to the presence of packer and anchor nodes in it, as well as the unreliability, since fixing it in the well by abruptly feeding the tool down is an uncontrollable process, and the use of a liner for this is associated with high pipe costs.

Наиболее близким к предлагаемому по большинству совпадающих признаков является клиновой отклонитель (патент РФ №2166058, МПК Е21В 7/08, опубл. 27.04.2001 г., бюл. №9), включающий направляющий клин с рабочей поверхностью, узел опоры, снабженный цилиндром с поршнем, взаимодействующий с выдвижными распорными элементами, выполненными в виде плашек с зубьями. Узел опоры жестко соединен с направляющим клином, который имеет со стороны, противоположной рабочей поверхности, паз для размещения в нем шланга высокого давления. Узел опоры снабжен наклонными поверхностями, сужающимися сверху вниз к оси отклонителя и взаимодействующими с плашками. Верхняя часть клина закреплена срезным болтом с подвесным устройством.Closest to the proposed by most coinciding features is a wedge diverter (RF patent No. 2166058, IPC EV 21/08, publ. 04/27/2001, bull. No. 9), including a guide wedge with a working surface, a support assembly equipped with a cylinder with a piston interacting with retractable spacer elements made in the form of dies with teeth. The support assembly is rigidly connected to a guide wedge, which has a groove on the side opposite to the working surface for receiving a high pressure hose therein. The support unit is equipped with inclined surfaces, tapering from top to bottom to the axis of the deflector and interacting with the dies. The upper part of the wedge is fixed with a shear bolt with a suspension device.

Существенными недостатками являются невозможность извлечения клинового отклонителя из скважины или его разрушения после прорезания «окна» в обсадной колонне труб, а также необходимость очистки внутренней поверхности обсадной трубы до вырезания «окна». Выход плашек в радиальном направлении зависит от внутреннего диаметра обсадной трубы и связан с ходом поршня, поэтому необходимо знать точный внутренний диаметр трубы, а это дополнительный спуск/подъем измерительного инструмента.Significant disadvantages are the impossibility of removing the wedge diverter from the well or its destruction after cutting the “window” in the pipe casing, as well as the need to clean the inner surface of the casing before cutting the “window”. The output of the dies in the radial direction depends on the inner diameter of the casing and is related to the stroke of the piston, so you need to know the exact inner diameter of the pipe, and this is an additional descent / rise of the measuring tool.

Технические задачи - расширение применения за счет возможности многократного использования клинового отклонителя с извлечением его из скважины, а также установка клинового отклонителя без предварительной подготовки внутреннего диаметра обсадной трубы с одновременным повышением уровня надежности установки и фиксации в скважине, получение снижения времени при установке клинового отклонителя и удобства при эксплуатации.Technical tasks - expanding the application due to the possibility of reusing the wedge diverter with removing it from the well, as well as installing the wedge diverter without preliminary preparation of the inner diameter of the casing while increasing the level of installation reliability and fixation in the well, obtaining a reduction in time when installing the wedge diverter and convenience during operation.

Техническая задача решается клиновым отклонителем, содержащим направляющий клин с рабочей поверхностью и камерой, имеющим со стороны противоположной рабочей поверхности паз для размещения в последнем шланга высокого давления, сообщенного с камерой, узел опоры, состоящий из элемента опоры с наклонными поверхностями, сужающимися к оси отклонителя сверху вниз, плашек, взаимодействующих с наклонными поверхностями, цилиндра с поршнем и корпуса, охватывающего элемент опоры, причем верхняя часть клина закреплена срезным элементом с подвесным устройством.The technical problem is solved by a wedge diverter containing a guiding wedge with a working surface and a chamber having a groove from the side of the opposite working surface for placing a high pressure hose in communication with the chamber in the latter, a support assembly consisting of a support element with inclined surfaces tapering to the axis of the diverter from above down, dies interacting with inclined surfaces, a cylinder with a piston, and a housing covering a support element, the upper part of the wedge being fixed by a shear element with a suspension m device.

Новым являемся то, что элемент опоры жестко соединен с нижней частью клина, оснащен центральным каналом, сужающимся внизу и сообщенным с камерой клина, выполненным полым с сужением канала внизу, и оснащен снизу цилиндрической поверхностью, на которой жестко размещен поршень, причем наклонные поверхности выше цилиндрической поверхности образуют на поверхности элемента опоры многогранную призму, а цилиндр охватывает нижнюю цилиндрическую поверхность с поршнем элемента опоры с возможностью продольного по ней перемещения вверх, при этом полость цилиндра сверху поршня сообщена центральным каналом выше сужения, корпус выполнен в виде опирающейся снизу на цилиндр и подпружиненной сверху от элемента опоры полой подвижной втулки с окнами под плашки, которые выполнены в виде роликов с осевыми отверстиями, причем окна выполнены равномерно по периметру и со смещением по высоте корпуса и снабжены в плоскости, перпендикулярной оси отклонителя, осями под осевые отверстия плашек, при этом диаметры осевых отверстий плашек превосходят диаметры осей на величину не менее максимально возможного радиального перемещения плашек.What is new is that the support element is rigidly connected to the lower part of the wedge, equipped with a central channel tapering at the bottom and communicating with a wedge chamber hollow with a narrowing of the channel at the bottom, and equipped with a cylindrical surface on the bottom, on which the piston is rigidly placed, with inclined surfaces above the cylindrical the surfaces form a multifaceted prism on the surface of the support element, and the cylinder covers the lower cylindrical surface with the piston of the support element with the possibility of longitudinal movement along it upward, while the cylinder cavity above the piston is communicated by the central channel above the narrowing, the housing is made in the form of a hollow movable sleeve resting on the cylinder and spring-loaded from the top of the support element with die-like windows, which are made in the form of rollers with axial holes, the windows being made uniformly around the perimeter and offset the height of the housing and equipped with a plane perpendicular to the axis of the deflector, axes under the axial holes of the dies, while the diameters of the axial holes of the dies exceed the diameters of the axes by no less than the maximum POSSIBILITY radial movement dies.

На фиг.1 показан клиновой отклонитель в транспортном положении с частичным продольным разрезом; на фиг.2 - сечение А-А фиг.1, на фиг.3 - клиновой отклонитель в скважине с частичным продольным разрезом в рабочем положении, на фиг.4 - сечение Б-Б фиг.3.Figure 1 shows a wedge diverter in a transport position with a partial longitudinal section; figure 2 is a section aa of figure 1, figure 3 is a wedge diverter in the well with a partial longitudinal section in the working position, figure 4 is a section bB of figure 3.

Клиновой отклонитель содержит направляющий клин 1 (фиг.1) с рабочей поверхностью 2, камеру 3, соединенную шлангом 4 с полостью буровых труб (не показаны). Шланг 4 проходит в паз 5, находящийся на стороне, противоположной рабочей поверхности 2 направляющего клина 1. Узел опоры 6, имеющий наклонные поверхности 7, сужающиеся сверху вниз, образует на поверхности элемента опоры многогранную призму, которая жестко соединена с нижней частью направляющего клина 1. Выступ 8, находящийся на цилиндрической поверхности 9 узла опоры 6, является поршнем и ограничителем движения вверх для цилиндра 10, образуя поршневую полость 11, сообщающуюся отверстием 12 с камерой 3. Нижняя часть цилиндра 10 имеет сужение 13. Над цилиндром 10 с возможностью перемещения расположен корпус 14 с окнами 15, в которых на осях 16 (фиг.2) закреплены плашки 17, выполненные в виде роликов, у которых диаметр отверстия 18 больше диаметра оси 16 на величину, превышающую радиальный ход плашек 17, при этом наружный диаметр плашек 17 уменьшается по рядам снизу вверх. В нижней части узла опоры 6 (фиг.1) имеются дросселирующее отверстие 19 и выступ 20, ограничивающий перемещение корпуса 14 и цилиндра 10 вниз. Корпус 14 подпружинен сверху вниз пружиной 21, упирающейся в выступ 22 узла опоры 6, при этом пружина 21 охватывает наклонные поверхности 7. Верхняя часть направляющего клина 1 закреплена срезным элементом 23 с подвесным устройством 24, который жестко соединен с колонной буровых труб (не показан).The wedge diverter comprises a guide wedge 1 (Fig. 1) with a working surface 2, a chamber 3 connected by a hose 4 to the cavity of the drill pipes (not shown). The hose 4 extends into a groove 5 located on the side opposite to the working surface 2 of the guide wedge 1. The support assembly 6, having inclined surfaces 7, tapering from top to bottom, forms a multifaceted prism on the surface of the support element, which is rigidly connected to the lower part of the guide wedge 1. The protrusion 8, located on the cylindrical surface 9 of the node of the support 6, is a piston and an upward restriction for the cylinder 10, forming a piston cavity 11 communicating with the hole 12 with the chamber 3. The lower part of the cylinder 10 has a narrowing 13. Above with the case of an indrome 10, a housing 14 with windows 15 is located, in which dies 17 are made in the form of rollers on the axes 16 (Fig. 2), in which the diameter of the hole 18 is larger than the diameter of the axis 16 by an amount exceeding the radial stroke of the dies 17 this outer diameter of the dies 17 decreases in rows from bottom to top. At the bottom of the support assembly 6 (Fig. 1) there is a throttling hole 19 and a protrusion 20, restricting the movement of the housing 14 and the cylinder 10 downward. The housing 14 is spring-loaded from top to bottom by a spring 21 abutting against the protrusion 22 of the support assembly 6, while the spring 21 covers the inclined surfaces 7. The upper part of the guide wedge 1 is fixed by a shear element 23 with a suspension device 24, which is rigidly connected to the drill pipe string (not shown) .

Клиновой отклонитель работает следующим образом.The wedge diverter works as follows.

Клиновой отклонитель, подсоединенный к бурильным трубам (не показаны) посредством подвесного устройства 24 через срезной элемент 23, спускают в зону, где необходимо произвести забуривание бокового ствола из ранее пробуренной скважины 25. Во время спуска компоновка находится в транспортном положении, то есть корпус 14 с плашками 17 (фиг.2) под действием предварительно сжатой пружины 21 (фиг.1) опирается на верхнюю часть цилиндра 10 и охватывает нижнюю часть наклонных поверхностей 7. Разница диаметров оси 16 (фиг.2) и внутреннего диаметра 18 обеспечивает свободное прохождение плашек 17 по стволу скважины 25 (фиг.1). Плашки 17 (фиг.2) не касаются наклонных поверхностей 7 (фиг.1) и цилиндрической поверхности 9, так как всегда находятся в поджатом положении пружиной 21. Сужение 13 цилиндра 10 упирается в выступ 20 узла опоры 6. Скважинная жидкость через дросселирующее отверстие 19, камеру 3, шланг высокого давления 4 и подвесное устройство 24 заполняет внутреннее пространство бурильных труб (не показаны). После спуска компоновки в нужный интервал необходимо подать жидкость через колонну бурильных труб (не показана), подвесное устройство 24, шланг высокого давления 4, камеру 3 в дроссельное отверстие 19. Под действием перепада давления, создаваемого благодаря дроссельному отверстию 19 между поршневой полостью 11 и внутрискважинным пространством, жидкость посредством отверстия 12 заполняет цилиндр 10 и перемещает его вверх вместе с корпусом 14, в окнах 15 которого находятся плашки 17 (фиг.4), которые входят в предварительное заклинивание между наклонными поверхностями 7 (фиг.3) и внутренней поверхностью стенки обсадной трубы скважины 25. Плашки 17 (фиг.4) перемещаются также и в радиальном направлении при прокатывании по наклонным плоскостям 7 (фиг.3) за счет разницы диаметров оси 16 (фиг.4) и диаметра отверстия 18 плашки 17. Перемещение вверх цилиндра 10 (фиг.3), корпуса 14 с плашками 17 (фиг.4) вызывает сжатие пружины 21 (фиг.3). Перемещение вверх цилиндра 10 ограничивается упором выступа 19 цилиндра 10 в выступ 8 цилиндрической поверхности 9. Созданием осевой нагрузки на срезной элемент 23 весом колонны буровых труб (не показаны) производится одновременное заклинивание всех рядов плашек 17 (фиг.4) между наклонными плоскостями 7 (фиг.3) и внутренней поверхностью стенки обсадной трубы скважины 25 обеспечивая посадку клинового отклонителя со срезанием срезного элемента 23 и шланга 4. Далее райбер (не показан) перемещается по рабочей поверхности 2 клина 1 вниз, фрезеруя стенку обсадной колонны скважины 25. Под действием осевой нагрузки при прокатывании плашек 17 (фиг.4) по наклонным поверхностям 7 (фиг.3) с вибрацией от усилия резания стенки обсадной колонны скважины 25 обеспечивается плотная неподвижная посадка клинового отклонителя. С увеличением осевой нагрузки надежность посадки клинового отклонителя, то есть зацепление плашек 17 (фиг.4) за стенки скважины 25, возрастает. При необходимости извлечения клинового отклонителя из скважины после окончания работ с пробуренной дополнительной скважиной следует ловильным инструментом (например, «колоколом») зацепить верхнюю часть направляющего клина 1 (фиг.3) и потянуть его вверх. Вследствие движения вверх наклонных поверхностей 7 узла опоры 6 плашки 17 (фиг.4) будут катиться по внутренней поверхности стенки обсадной трубы скважины 25 и по наклонным поверхностям 7 (фиг.3) узла опоры 6, при этом произойдет расклинивание плашек 17 (фиг.4), которые с корпусом 14 (фиг.3) под действием сжатой пружины 21 переместятся вместе с цилиндром 10 (фиг.1) вниз до упора выступа 19 в выступ 8 цилиндрической поверхности 9, то есть компоновка находится в транспортном положении для извлечения из скважины 25.A wedge diverter connected to drill pipes (not shown) by means of a suspension device 24 through a shear element 23 is lowered into the area where it is necessary to drill a sidetrack from a previously drilled well 25. During descent, the assembly is in the transport position, that is, the body 14 s dies 17 (figure 2) under the action of a pre-compressed spring 21 (figure 1) rests on the upper part of the cylinder 10 and covers the lower part of the inclined surfaces 7. The difference in the diameters of the axis 16 (figure 2) and the inner diameter 18 t free passage of the dies 17 along the wellbore 25 (figure 1). The dies 17 (Fig. 2) do not touch the inclined surfaces 7 (Fig. 1) and the cylindrical surface 9, since they are always in a pressed position by the spring 21. The narrowing 13 of the cylinder 10 abuts against the protrusion 20 of the support assembly 6. The wellbore fluid through the throttling hole 19 , a chamber 3, a high pressure hose 4 and a suspension device 24 fills the interior of the drill pipes (not shown). After lowering the layout to the desired interval, it is necessary to supply fluid through the drill pipe string (not shown), the suspension device 24, the high pressure hose 4, chamber 3 into the throttle bore 19. Under the action of the pressure drop created due to the throttle bore 19 between the piston cavity 11 and the downhole space, the fluid through the hole 12 fills the cylinder 10 and moves it up together with the housing 14, in the windows 15 of which are dies 17 (figure 4), which are included in the preliminary jamming between the slope surfaces 7 (FIG. 3) and the inner surface of the wall of the casing of the well 25. The dies 17 (FIG. 4) also move in the radial direction when rolling along inclined planes 7 (FIG. 3) due to the difference in the diameters of the axis 16 (FIG. 4) and the diameter of the hole 18 of the die 17. Moving upward of the cylinder 10 (FIG. 3), the housing 14 with the dies 17 (FIG. 4) causes compression of the spring 21 (FIG. 3). The upward movement of the cylinder 10 is limited by the emphasis of the protrusion 19 of the cylinder 10 into the protrusion 8 of the cylindrical surface 9. The axial load on the shear element 23 by the weight of the drill pipe string (not shown) is used to simultaneously jam all rows of dies 17 (FIG. 4) between inclined planes 7 (FIG. .3) and the inner surface of the wall of the casing of the well 25, ensuring that the wedge diverter is planted by cutting the shear element 23 and hose 4. Next, a riber (not shown) moves down the working surface 2 of the wedge 1, milling the wall bsadnoy column wellbore 25. Under the action of the axial load by rolling dice 17 (Figure 4) on the inclined surfaces 7 (3) to vibration forces from cutting a well casing wall 25 is provided by a dense fixed landing wedge whipstock. With an increase in axial load, the reliability of landing of the wedge diverter, i.e., the engagement of the dies 17 (Fig. 4) over the walls of the well 25, increases. If you need to remove the wedge diverter from the well after finishing work with the drilled additional well, you should hook the upper part of the guide wedge 1 (Fig. 3) with a fishing tool (for example, a "bell") and pull it up. Due to the upward movement of the inclined surfaces 7 of the support assembly 6 of the die 17 (FIG. 4), they will roll along the inner surface of the casing wall of the well 25 and along the inclined surfaces 7 (FIG. 3) of the support assembly 6, and the dies 17 will be wedged (FIG. 4) ), which, with the housing 14 (Fig. 3), under the action of the compressed spring 21, move together with the cylinder 10 (Fig. 1) down to the stop of the protrusion 19 into the protrusion 8 of the cylindrical surface 9, that is, the arrangement is in the transport position for extraction from the well 25 .

Экономия материала, энергии, трудозатрат и времени достигается при строительстве скважин многократным использованием одного комплекта клинового отклонителя предлагаемой конструкции. Шланг и срезной элемент являются расходным материалом при установке клинового отклонителя. При установке клинового отклонителя применяется всего один срезной элемент, усилие срезания которого может варьироваться в широком диапазоне. Срезной элемент служит только для доставки клинового отклонителя в интервал вырезания окна, а по изменению веса колонны бурильных труб и скачка давления жидкости в нем вследствие среза шланга высокого давления контролируют установку клинового отклонителя. С применением клинового отклонителя предлагаемой конструкции при строительстве многозабойных скважин основной ствол оставляется открытым, что позволяет вести добычу одновременно с основного и со всех дополнительных стволов.Saving material, energy, labor and time is achieved during the construction of wells by repeated use of one set of wedge diverter of the proposed design. The hose and shear element are consumables when installing a wedge diverter. When installing a wedge diverter, only one shear element is used, the cutting force of which can vary over a wide range. The shear element serves only to deliver the wedge diverter to the window cutting interval, and the installation of the wedge diverter is monitored by changing the weight of the drill pipe string and the pressure jump in it due to the cut of the high pressure hose. Using a wedge diverter of the proposed design during the construction of multilateral wells, the main trunk is left open, which allows production from both the main and all additional shafts.

Claims

A wedge diverter containing a guiding wedge with a working surface and a chamber, having a groove on the side of the opposite working surface for placing in the latter a high pressure hose in communication with the chamber, a support assembly consisting of a support element with inclined surfaces tapering from the downward axis of the diverter, dies interacting with inclined surfaces of the cylinder with the piston and the housing covering the support element, and the upper part of the wedge is fixed by a shear element with a suspension device, characterized by The support element is rigidly connected to the lower part of the wedge, equipped with a central channel in communication with the wedge chamber, made hollow with narrowing of the channel at the bottom, and equipped with a cylindrical surface on the bottom, on which the piston is rigidly placed, and inclined surfaces above the cylindrical surface form on the surface of the element the support is a multifaceted prism, and the cylinder covers the lower cylindrical surface with the piston of the support element with the possibility of longitudinal movement along it upward, while the cylinder cavity on top of the piston co flush with the central channel above the narrowing, the casing is made in the form of a hollow movable sleeve supported by dies, which are made in the form of rollers with axial openings, spring-loaded from the bottom on the cylinder and spring-loaded from the support element, moreover, the windows are made uniformly along the perimeter and displaced along the height of the casing and equipped in the plane perpendicular to the axis of the deflector with axes for the axial holes of the dies, while the diameters of the axial holes of the dies exceed the diameters of the axes by an amount not less than the maximum possible radial displacement Nia dies.