RU2754108C1

RU2754108C1 - Якорь гидравлический неизвлекаемый

Info

Publication number: RU2754108C1
Application number: RU2021102226A
Authority: RU
Inventors: Алексей Владимирович Козлов
Original assignee: Алексей Владимирович Козлов
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2021-02-01
Publication date: 2021-08-26

Abstract

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности к устройствам для зарезки и бурения боковых стволов из обсаженных скважин. Якорь выполнен в виде профильной трубы, имеет гидравлический канал сообщения с внутритрубным пространством бурильных труб посредством гидропровода. В верхней части якоря выполнено шарнирное соединение с клин-отклонителем, нижний конец имеет башмак. В башмаке якоря установлен подпружиненный дифференциальный клапан, выполненный с возможностью перепускания скважинной жидкости через центральный канал сообщения между внутритрубным и затрубным пространством при возникновении избыточного затрубного или внутритрубного давления. Центральный канал сообщения включает кольцевую и внутреннюю полости. Кольцевая полость образована между наружной поверхностью дифференциального клапана и внутренней поверхностью башмака якоря. Внутренняя полость центрального канала сообщения является одновременно внутренней полостью дифференциального клапана, в ней свободно установлен шарик с «нулевой плавучестью». Повышается надежность заякоривающего устройства и эффективность работ по зарезке бокового ствола. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, в частности, к устройствам для зарезки и бурения боковых стволов из обсаженных скважин.

Известно устройство для забуривания боковых стволов из обсаженной скважины (патент RU2263196, МПК E21B7/08, опубл. 27.10.2005), содержащее отклоняющий клин с закрепляющим механизмом в виде гофрированной (профильной) трубы, один конец которой заглушен, между которыми размещен переводник, канал для подачи жидкости в полость гофрированной трубы.

Недостатком является то, что в процессе спуска устройства в скважину необходимо постоянно заполнять промывочной жидкостью внутритрубное и затрубное пространство бурильных труб (производить долив). Невыполнение этого условия приводит к деформации профильной трубы (раскрытию или смятию корпуса) вследствие нарушения гидродинамического равновесия давления столба жидкости во внутритрубном и затрубном пространстве.

Известен якорь гидравлический для фиксирования оборудования при установке профильных перекрывателей в скважине, включающий корпус с центральным проходным каналом, якорные элементы и элементы для соединения с установочным оборудованием, патрубки, образующие с якорными элементами гидравлические камеры, сообщенные с центральным проходным каналом, якорные элементы выполнены в виде продольно гофрированных рукавов из резинотканевого материала, охватывающих патрубки, а элементы для соединения с установочным оборудованием - в виде переводников, расположенных сверху и снизу от корпуса соосно его центральному проходному каналу, причем одни концы патрубков и рукавов жестко закреплены в корпусе, а другие - на переводниках (патент RU2346137, МПК E21B 23/04, опубл. 10.02.2009 г.).

Недостатком известного устройства является то, что в случае применения резинотканевого элемента фиксация подвесного оборудования в скважине требует постоянного поддержания давления в гидрокамере, и при увеличении динамических нагрузок резинотканевый якорь может их не выдержать из-за пластичных свойств материала.

Известен заякоривающий механизм в виде профильной трубы с заглушенным нижним концом в составе комплекта оборудования для вырезания «окна» в обсадной колонне (патент RU2441132, МПК Е21В29/06, опубл. 10.06.2011). Комплект включает клин-отклонитель с заякоривающим механизмом, между которыми размещен шарнирный переводник, гидропровод, связывающий полость бурильных труб с полостью профильной трубы, фрезерующий инструмент, установленный в верхней части клина-отклонителя посредством срезного винта с возможностью его разъединения от клина-отклонителя. Комплект оборудования дополнительно содержит двухпозиционный промывочный узел, выполненный с возможностью создания гидравлического канала сообщения между внутритрубным и затрубным пространством, что позволяет производить «самозаполнение» внутритрубного пространства бурильных труб в процессе спуска оборудования в скважину и обеспечение гидродинамического равновесия в скважине и трубах. Для активации якоря (профильной трубы) производится перекрытие указанного канала сообщения посредством бросового шара. Принято за прототип.

Недостатком оборудования является то, что двухпозиционный промывочный узел обеспечивает промывку скважины в интервале, расположенном выше якоря (профильной трубы). В интервале ниже якоря, в случае появления признаков «поршневания» (перекрытие затрубного пространства якоря загрязненными отложениями парафина, нефтепродуктов и др.) при спуске оборудования в скважину, нарушается гидродинамическое равновесие в скважине, вследствие чего происходит увеличение затрубного давления и его превышение над внутритрубным давлением, что приводит к деформации (смятию) корпуса якоря (профильной трубы).

Технической проблемой, решаемой изобретением, является повышение эффективности проведения работ по зарезке и бурению боковых стволов из обсаженных скважин и сокращение времени на непроизводительные работы (долив скважины) путем создания заякоривающего устройства, лишенного недостатков аналогов, обладающего расширенными функциональными возможностями.

Технический результат - предотвращение деформации профильной трубы - якоря от действия избыточного затрубного или внутритрубного давления в процессе спуска в скважину за счет создания условий для гидродинамического равновесия в скважине.

Проблема решается, а технический результат достигается якорем гидравлическим для фиксирования оборудования в обсаженной скважине, выполненным в виде профильной трубы, имеющим гидравлический канал сообщения с внутритрубным пространством бурильных труб посредством гидропровода, при этом в верхней части якоря выполнено шарнирное соединение для соединения с клин-отклонителем, а нижний конец имеет башмак. В отличие от прототипа в башмаке якоря установлен подпружиненный дифференциальный клапан, выполненный с возможностью перепускания скважинной жидкости через центральный канал сообщения между внутритрубным и затрубным пространством при возникновения избыточного затрубного или внутритрубного давления, причем указанный центральный канал сообщения включает кольцевую и внутреннюю полости, при этом кольцевая полость образована между наружной поверхностью дифференциального клапана и внутренней поверхностью башмака якоря, а внутренняя полость центрального канала сообщения является одновременно внутренней полостью дифференциального клапана, причем в указанной полости свободно установлен шарик с «нулевой плавучестью».

Согласно изобретению профильная труба содержит насосно-компрессорную трубу с продольными прорезями, жестко закрепленную внутри профильной трубы посредством сварки.

Указанный результат достигается тем, что в нижней части якоря гидравлического (профильной трубы), а именно, в башмаке якоря, установлен дифференциальный подпружиненный клапан с возможностью перепускания скважинной жидкости через центральный канал сообщения между внутритрубным и затрубным пространством при возникновении избыточного затрубного или внутритрубного давления. Тем самым создаются условия для гидродинамического равновесия в скважине, и предотвращается возможная деформация профильной трубы от действия избыточного наружного затрубного давления.

Превышение внутритрубного давления над затрубным приводит к преждевременному раскрытию (раздутию) профильной трубы - якоря, и, как следствие, также к деформации якоря. Для предотвращения указанного явления согласно изобретению «срабатывает» внутренний плавучий шарик, который перепускает жидкость через внутреннюю полость центрального канала сообщения между внутритрубным и затрубным пространством (которая одновременно является внутренней полостью дифференциального клапана).

Сущность изобретения поясняют иллюстрации, где:

на фиг.1 а, б) - продольный разрез заявляемого гидравлического якоря (профильной трубы) в транспортном положении;

а) - продольный разрез заявляемого гидравлического якоря в транспортном положении с закрытым дифференциальным клапаном;

б) - продольный разрез гидравлического якоря в транспортном положении с открытым дифференциальным клапаном (при превышении затрубного давления над внутритрубным);

Фиг. 2 а, б)- дифференциальный клапан якоря в транспортном положении (клапан закрыт), б) при возникновении наружного затрубного избыточного давления (клапан открыт);

Фиг. 3 а, б) - сечение А-А якоря (профильной трубы),

а) до активации якоря, б) после активации якоря;

На фиг. 4 а, б) - общий вид комплекта оборудования для вырезания «окна» в скважине, включающего заявляемый гидравлический якорь,

а) - верхняя часть с фрезерующим инструментом;

б) - нижняя часть с клином и якорем.

На фигурах показано:

1 - шарнирный узел для соединения с клин-отклонителем;

2 - гидропровод (канал сообщения внутритрубного пространства с полостью профильной трубы);

3 - якорь гидравлический (профильная труба);

4 - насосно-компрессорная труба с продольными прорезями (НКТ);

5 - башмак якоря;

6 - дифференциальный клапан;

7 - фильтр предохранительный (от загрязнения клапанного узла);

8 - пружина клапана;

9 - запорный шарик с «нулевой плавучестью»;

10 - кольцевая полость центрального канала сообщения между внутритрубным и затрубным пространством;

11 - внутренняя полость центрального канала сообщения между внутритрубным и затрубным пространством (внутренняя полость дифференциального клапана);

12 - бурильная труба;

13 - фрез расширяющий;

14 - промывочный переводник;

15 - фрез зарезной;

16 - оконный фрез;

17 - вооружение оконного фреза;

18 - винт срезной клин-отклонителя;

19 - клин-отклонитель;

20 - обсадная колонна.

Якорь гидравлический работает следующим образом.

Перед началом работ по вырезанию «окна» в обсадной колонне собирают компоновку для вырезания «окна»: якорь гидравлический 3 с дифференциальным клапаном 6, соединенный посредством шарнирного узла 1 с клин-отклонителем 19 (фиг. 4), и спускают ниже стола ротора буровой. К верхней части клина-отклонителя 19 с помощью срезного винта 18 крепится фрезерующий инструмент, состоящий из оконного фреза 16 с вооружением 17, зарезного 15 и расширяющего фреза 13, соединенного посредством промывочного переводника 14, и подсоединяют гидропровод 2, являющийся каналом сообщения между внутренней полостью бурильных труб и полостью якоря и представляющий собой обычно медную трубку. Далее, оборудование спускается в скважину на бурильных трубах 12 до проектной глубины вырезания «окна» в обсадной колонне 20. В процессе спуска производят промежуточные промывки через отверстия промывочного переводника 14 и контроль за доливом скважины. В случае превышения величины наружного (затрубного) давления столба жидкости над внутритрубным дифференциальный клапан 6 (см. фиг. 1, 2) открывается, сжимая пружину 8 (фиг. 2 б) вследствие наличия избыточного гидравлического давления, которое воздействует на торцевую поверхность дифференциального клапана снизу и оказывает динамическое давление. При этом происходит перепускание скважинной жидкости через кольцевую полость 10 центрального канала сообщения между внутритрубным и затрубным пространством, образованную между наружной поверхностью дифференциального клапана и внутренней поверхностью башмака якоря. В результате происходит перетекание скважинной жидкости внутрь бурильных труб до тех пор, пока уровни жидкостей в обоих пространствах не сравняются, и будет достигнуто гидродинамическое равновесие в скважине и бурильных трубах. Тем самым достигается предохранение корпуса якоря - профильной трубы 3 от возможной деформации (смятие тела профильной трубы от наружного избыточного давления), обеспечивается целостность и работоспособность оборудования. С целью предотвращения клапанного узла от загрязнения установлен предохранительный фильтр 7.

При превышении внутритрубного давления над затрубным происходит преждевременное раскрытие (раздутие) профильной трубы. Для предотвращения этого перепускание скважинной жидкости производится через внутреннюю полость 11 центрального канала сообщения (которая является одновременно внутренней полостью дифференциального клапана 6), содержащую шарик 9, свободно установленный в полости и имеющий «нулевую плавучесть». В силу того, что шарик 9 «плавучий», он всегда занимает верхнее положение в пределах внутренней полости 11, позволяя потоку скважинной жидкости обтекать шарик 9 и вытекать в затрубное пространство через нижнее отверстие полости 11. Шарик 9 выполнен из материала плотностью, близкой к плотности скважинной жидкости.

После спуска оборудования до проектной глубины вырезания «окна» производят якорение (фиксацию) клина-отклонителя 19 в обсадной колонне 20 (фиг. 4). Для этого с помощью бурового насоса или мобильной насосной установки создают избыточное внутритрубное давление путем закачки жидкости во внутреннюю полость верхней бурильной трубы. При этом, вследствие созданного перепада давления, дифференциальный клапан 6 и шарик 9 перекрывают кольцевую 10 и внутреннюю 11 полости центрального канала сообщения, и происходит рост внутритрубного гидравлического давления, которое воздействует на внутреннюю стенку полости якоря и раздвигает профильную трубу 3 в радиальном направлении, прижимая ее к внутренней стенке эксплуатационной колонны 20 (фиг. 3, б).

За счет пластичности материала, из которого выполнена профильная труба (обычно низколегированная, малоуглеродистая сталь) форма профильной трубы в раскрытом состоянии полностью будет повторять форму обсадной колонны и обеспечивать плотное прилегание к внутренней стенке и сцепление. Результаты проведенных стендовых испытаний показали, что силы сцепления профильной трубы после ее активации в обсадной трубе достигают значительных величин - до 50 т/м, что является достаточным для надежной фиксации клин-отклонителя или другого оборудования в обсаженной скважине.

С целью повышения надежности работы гидравлического якоря и дополнительной страховки от возможной деформации профильной трубы может быть предусмотрено повышение ее жесткости путем установки трубы 4, выполненной из НКТ, с продольными прорезями (пазами), закрепленной внутри профильной трубы 3 посредством сварки.

Далее производятся работы по вырезанию «окна» в обсадной колонне по известной технологии, которая выходит за рамки описания предлагаемого изобретения.

Claims

1. Якорь гидравлический для фиксирования оборудования в обсаженной скважине, выполненный в виде профильной трубы, имеющий гидравлический канал сообщения с внутритрубным пространством бурильных труб посредством гидропровода, при этом в верхней части якоря выполнено шарнирное соединение для соединения с клин-отклонителем, а нижний конец имеет башмак, отличающийся тем, что в башмаке якоря установлен подпружиненный дифференциальный клапан, выполненный с возможностью перепускания скважинной жидкости через центральный канал сообщения между внутритрубным и затрубным пространством при возникновении избыточного затрубного или внутритрубного давления, причем указанный центральный канал сообщения включает кольцевую и внутреннюю полости, при этом кольцевая полость образована между наружной поверхностью дифференциального клапана и внутренней поверхностью башмака якоря, а внутренняя полость центрального канала сообщения является одновременно внутренней полостью дифференциального клапана, причем в указанной полости свободно установлен шарик с «нулевой плавучестью».

2. Якорь гидравлический по п.1, отличающийся тем, что профильная труба содержит насосно-компрессорную трубу с продольными прорезями, жестко закрепленную внутри профильной трубы посредством сварки.