RU2757839C1

RU2757839C1 - Working bottom

Info

Publication number: RU2757839C1
Application number: RU2021112108A
Authority: RU
Inventors: Ильдар Мухаматуллович Зарипов; Анатолий Вениаминович Киршин; Владимир Владимирович Мовчан; Роман Михайлович Осипов
Original assignee: Публичное акционерное общество «Татнефть» имени В.Д. Шашина
Priority date: 2021-04-27
Filing date: 2021-04-27
Publication date: 2021-10-21

Abstract

FIELD: well construction.

SUBSTANCE: invention relates to the field of well construction, in particular to devices designed for working boreholes during casing of oil and gas wells, installed in the guide part of the column or shank. The device includes a housing with cylindrical part and connecting thread on top for connection to the casing, equipped with side flushing holes and blades in the lower part. The housing is hollow with a bottom part in shape of cone-shaped tip and is equipped with a central flushing hole. The central and side flushing holes are directed downwards, the cone-shaped tip is equipped with at least three blades made straight or helical and having a flat shape. The blades are uniformly equipped with flat carbide teeth placed on the same level with surface of the blade over the entire surface, the blade length is 0.3-0.5 of the length of cylindrical part of the body. The bottom is made of easily drilled material and its diameter along the blades does not exceed the effective diameter of the borehole.

EFFECT: reliability of the descent and installation of casing string in complicated borehole increases, reliable passage of narrowed sections of the trunk with study without jamming and planting is ensured.

1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства скважин и предназначено для оборудования низа обсадной колонны с целью направления ее по стволу скважины, в частности к устройствам, предназначенным для проработки ствола скважины во время обсадки нефтяных и газовых скважин, устанавливаемым в направляющей части колонны или хвостовика. The invention relates to the field of well construction and is intended for equipping the bottom of the casing string with the aim of guiding it along the wellbore, in particular for devices designed for working out the wellbore during casing of oil and gas wells, installed in the guide part of the string or liner.

Известен прорабатывающий башмак (патент RU № 184027, МПК Е21В 37/00, 21/00, опубл. 12.10.2018), который содержит переводник, соединенный с помощью муфты со спиральной мандрелью, имеющей, по меньшей мере, один винтовой паз, и оправку, с одной стороны которой расположен буровой башмак, а с другой - патрубок с, по меньшей мере, одним штифтом, оправка установлена подвижно на спиральную мандрель внутри корпуса, жестко связанного с переводником, штифт располагается в пазе, при этом форма винтового паза в поперечном сечении имеет форму трапеции с расширением к продольной оси башмака, а штифт имеет ступенчатую цилиндрическую форму с коническим переходом. Known working shoe (patent RU No. 184027, IPC E21B 37/00, 21/00, publ. 12.10.2018), which contains a sub connected by means of a coupling with a spiral mandrel having at least one screw groove, and a mandrel , on one side of which a drill shoe is located, and on the other - a branch pipe with at least one pin, the mandrel is movably mounted on a spiral mandrel inside the body rigidly connected to the sub, the pin is located in the groove, while the shape of the screw groove in the cross section has the shape of a trapezoid with expansion to the longitudinal axis of the shoe, and the pin has a stepped cylindrical shape with a conical transition.

Недостатком данного башмака является наличие вертикально подвижных частей, работающих по принципу винтовой пары, которая в случае попадания обломков шлама при проработке может заклинить его работу. Наконечник имеет большие продольные лопасти, которые как правило забиваются прорабатываемым шламом и теряют свою первоначальную функциональную нагрузку. Также на лопастях башмака отсутствует твердосплавное вооружение.The disadvantage of this shoe is the presence of vertically movable parts operating on the principle of a screw pair, which, in the event of falling debris of sludge during processing, can jam its operation. The tip has large longitudinal vanes, which, as a rule, are clogged by the processed sludge and lose their initial functional load. Also, there is no carbide cutting on the shoe blades.

Также известен башмак с силовым приводом (патент RU № 189972, МПК Е21В 7/20, 17/14, опубл. 13.06.2019), включающий клапанный узел, силовую секцию, состоящую из статора и ротора винтового забойного двигателя, шпиндельную секцию, состоящую из карданного вала, корпуса, осевой опоры и радиальной опор и вала, соединенного с башмаком-наконечником, содержащим промывочные отверстия, при этом промывочные отверстия башмак-наконечника направлены под углом α от 1 до 89 градусов противоположно направлению спуска обсадной колонны и размещены на его боковой поверхности.Also known is a shoe with a power drive (patent RU No. 189972, IPC E21B 7/20, 17/14, publ. 06/13/2019), including a valve assembly, a power section consisting of a stator and a rotor of a downhole motor, a spindle section, consisting of a propeller shaft, housing, axial support and radial bearings and a shaft connected to a shoe-tip containing flushing holes, while flushing holes of the shoe-tip are directed at an angle α from 1 to 89 degrees opposite to the direction of running the casing string and are located on its lateral surface ...

Недостатком данного башмака является сложность конструкции в целом. Наличие на башмаке - наконечнике больших боковых винтовых лопастей с вооружением, затрудняет спуск обсадной колонны, т.к. происходит перекрытие радиального сечения скважины, в результате чего между лопастей образуется сальник из остатков проработанного шлама. При этом промывочные отверстия направлены вверх от забоя (прорабатываемого участка), отсутствует центральное промывочное отверстие. Таким образом при прохождении суженных участков ствола скважины в процессе спуска прорабатываемый шлам не вымывается и налипает на лопасти башмака создавая поршень, что в конечном итоге приводит к росту давления ниже обсадной колонны и разрыву слабых пластов. Полусферическое окончание башмака с агрессивно выпирающими зубками приводит в самопроизвольному забуриванию второго ствола при наличии сужений с малым проходным сечением.The disadvantage of this shoe is the complexity of the design as a whole. The presence on the shoe-tip of large lateral helical blades with weapons makes it difficult to run the casing, because the overlap of the radial section of the well occurs, as a result of which an oil seal is formed between the blades from the remnants of worked cuttings. In this case, the flushing holes are directed upward from the bottom (the area being worked out), there is no central flushing hole. Thus, when passing through the narrowed sections of the wellbore during the run, the cuttings are not washed out and sticks to the shoe blades, creating a piston, which ultimately leads to an increase in pressure below the casing and rupture of weak formations. The hemispherical end of the shoe with aggressively protruding teeth leads to spontaneous drilling of the second bore in the presence of narrowings with a small bore.

Наиболее близким является башмак прорабатывающий (патент RU № 2738057, МПК Е21В 37/00, опубл. 07.12.2020), включающий разбуриваемую мандрель с проходным каналом и винтовыми пазами, корпус с цилиндрической частью с присоединительной резьбой сверху для соединения с обсадной колонной, штифты, установленные подвижно в пазы мандрели, при этом штифты жестко установлены в нижней части корпуса, вооруженный башмак, снабженный лопастями в нижней части и боковыми промывочными отверстиями, жестко соединён снизу с мандрелью, снабженной в верхней части гидравлической насадкой, корпус в средней части снабжен радиальными отверстиями, а в верхней части - клапаном в проходном канале и гидравлической насадкой с седлом, при этом вооруженный башмак, гидравлические насадки и клапан выполнены из легкоразбуриваемого материла, а площади сечений гидравлических насадок и радиальных отверстий корпуса подобраны таким образом, чтобы при создании определенного расхода жидкости и осевой нагрузки на вооруженный башмак он создавал поступательно-вращательное движение вниз.The closest shoe is a working shoe (patent RU No. 2738057, IPC Е21В 37/00, publ. 07.12.2020), including a drillable mandrel with a bore and screw grooves, a body with a cylindrical part with a connecting thread on top for connecting to the casing, pins, installed movably in the grooves of the mandrel, while the pins are rigidly mounted in the lower part of the body, the armed shoe, equipped with blades in the lower part and side flushing holes, is rigidly connected from below with the mandrel, equipped in the upper part with a hydraulic nozzle, the body in the middle part is equipped with radial holes, and in the upper part - by a valve in the passage channel and a hydraulic nozzle with a seat, while the armed shoe, hydraulic nozzles and the valve are made of easily drillable material, and the cross-sectional areas of the hydraulic nozzles and radial holes of the body are selected in such a way that when creating a certain fluid flow rate and axial armed shoe loads he created a translational-rotational downward movement.

Недостатком башмака является наличие на корпусе вооруженного башмака больших лопастей, затрудняющих спуск обсадной колонны, т.к. происходит перекрытие радиального сечения скважины, в результате чего между лопастей образуется сальник из остатков проработанного шлама. Также недостатком является отсутствие центрального промывочного отверстия. Таким образом в процессе спуска башмака прорабатываемый шлам не будет вымываться и будет налипать на лопасти башмака, создавая поршень, что в конечном итоге приведет к росту давления ниже обсадной колонны и разрыву слабых пластов.The disadvantage of the shoe is the presence of large blades on the body of the armed shoe, which impede the lowering of the casing. the overlap of the radial section of the well occurs, as a result of which an oil seal is formed between the blades from the remnants of worked cuttings. Also the disadvantage is the lack of a central flush hole. Thus, during shoe running, cuttings will not be washed out and will stick to the shoe blades, creating a piston, which will ultimately lead to an increase in pressure below the casing and fracture of weak formations.

Техническими задачами настоящего изобретения являются повышение надежности спуска и установки обсадной колонны в осложненном стволе скважины, простота конструкции, надежное прохождение суженных участков ствола с проработкой без заклинка и посадок.The technical objectives of the present invention are to improve the reliability of running and installing the casing in a complicated wellbore, simplicity of design, reliable passage of narrowed sections of the wellbore with development without jamming and landings.

Технические задачи решаются башмаком прорабатывающим, включающим корпус с цилиндрической частью с присоединительной резьбой сверху для соединения с обсадной колонной, снабженный боковыми промывочными отверстиями и лопастями в нижней части.Technical problems are solved by a working shoe, which includes a body with a cylindrical part with a connecting thread at the top for connection to the casing, equipped with side flushing holes and blades in the lower part.

Новым является то, что корпус выполнен полым с нижней частью в форме конусообразного наконечника и дополнительно снабжен центральным промывочным отверстием, при этом центральное и боковые промывочные отверстия направлены вниз, конусообразный наконечник оснащен как минимум тремя лопастями, выполненными прямыми или винтовыми и имеющими плоскую форму, лопасти по всей поверхности равномерно оснащены плоскими твердосплавными зубками, размещенными на одном уровне с поверхностью лопасти, а длина лопасти составляет 0,3-0,5 длины цилиндрической части корпуса, причем башмак прорабатывающий изготовлен из легко разбуриваемого материала и диаметр башмака прорабатывающего по лопастям не превышает величину эффективного диаметра ствола скважины. The novelty is that the body is made hollow with a lower part in the form of a cone-shaped tip and is additionally equipped with a central flushing hole, while the central and side flushing holes are directed downward, the cone-shaped tip is equipped with at least three blades, made straight or helical and having a flat shape, blades over the entire surface, they are uniformly equipped with flat carbide teeth, placed at the same level with the blade surface, and the blade length is 0.3-0.5 of the length of the cylindrical part of the body, and the working shoe is made of easily drillable material and the diameter of the shoe working along the blades does not exceed the value effective borehole diameter.

На фиг. 1 представлен общий вид башмака прорабатывающего с прямыми лопастями, на фиг. 2 представлен вид снизу.FIG. 1 shows a general view of a working shoe with straight blades, FIG. 2 is a bottom view.

На фиг. 3 представлен вид конусообразного наконечника башмака в разрезе сечения А-А.FIG. 3 shows a view of a tapered shoe tip in section A-A.

На фиг. 4 представлен общий вид башмака прорабатывающего.FIG. 4 shows a general view of the working shoe.

На фиг.5 представлен общий вид башмака прорабатывающего с винтовыми лопастями, на фиг. 6 представлен вид снизу башмака с винтовыми лопастями.Fig. 5 shows a general view of a working shoe with helical blades; Fig. 6 is a bottom view of a shoe with helical blades.

Башмак прорабатывающий включает полый корпус 1 (см. фиг. 1, 2) с цилиндрической частью и присоединительной резьбой в верхней части для соединения с обсадной колонной (на фиг. 1-6 не показаны) и с нижней частью в форме конусообразного наконечника, что увеличивает проходимость башмака. Корпус 1 (см. фиг. 3) снабжен боковыми промывочными отверстиями 2 (см. фиг. 2, 3), дополнительно снабжен центральным промывочным отверстием 3, которое проходит по всей оси корпуса 1 (см. фиг. 3) башмака. Причем центральное 3 и боковые промывочные отверстия 2 направлены вниз. Наличие центрального 3 и боковых промывочных отверстий 2 исключает налипание шлама во время спуска башмака прорабатывающего, таким образом повышает надежность спуска и установки башмака, а также качество работ. Конусообразный наконечник оснащен как минимум тремя лопастями 4 (см. фиг. 1, 2), выполненными прямыми или винтовыми (см. фиг. 1, 3, 5, 6) и имеющими плоскую форму. Прямые или винтовые лопасти 4 могут быть выфрезерованы в корпусе 1 (см. фиг. 1, 3) или могут быть наварены на корпус 1 посредством сварки. Применение башмака с прямыми или винтовыми лопастями 4 (см. фиг. 1, 3, 5, 6) обеспечивает одинаковый положительный эффект. The working shoe includes a hollow body 1 (see Fig. 1, 2) with a cylindrical part and a connecting thread in the upper part for connection with the casing (not shown in Figs. 1-6) and with a lower part in the form of a tapered tip, which increases permeability of the shoe. The body 1 (see Fig. 3) is equipped with side flushing holes 2 (see Figs. 2, 3), and is additionally equipped with a central flushing hole 3, which runs along the entire axis of the body 1 (see Fig. 3) of the shoe. Moreover, the central 3 and side flushing holes 2 are directed downward. The presence of the central 3 and side flushing holes 2 excludes the adhesion of sludge during the lowering of the working shoe, thus increasing the reliability of lowering and installing the shoe, as well as the quality of work. The cone-shaped tip is equipped with at least three blades 4 (see Fig. 1, 2), made straight or helical (see Fig. 1, 3, 5, 6) and having a flat shape. Straight or helical blades 4 can be milled in the body 1 (see Fig. 1, 3) or can be welded onto the body 1 by welding. The use of a shoe with straight or helical blades 4 (see Fig. 1, 3, 5, 6) provides the same positive effect.

При этом лопасти 4 по всей поверхности оснащены плоскими твердосплавными зубками 5 (см. фиг. 3), размещенными на одном уровне с поверхностью лопасти 4. Оснащение лопастей 4 плоскими твердосплавными зубками 5 обеспечивает прочность самого корпуса 1 башмака, так как усиливает и повышает износостойкость самого башмака. Твердосплавные плоские зубки 5 устанавливают посредством запрессовки или запайки вровень (на одном уровне) с поверхностью лопасти 4, т.е. зубки 5 не выступают, не увеличивают общий диаметр нижней части корпуса 1 башмака по лопастям 4. А длина лопасти 4 составляет 0,3-0,5 длины цилиндрической части корпуса 1. Например, если длина цилиндрической части корпуса 1 башмака равна 150 мм, то длина лопасти 4 соответствует 50 мм, т.е. 0,3 длины. Или, например, при длине цилиндрической части корпуса 1 башмака 196 мм длина лопасти соответствует 90 мм, т.е. 0,46 длины (округляем до 0,5 длины). Таким образом, лопасти 4 (см. фиг. 3, 5) с плоскими твердосплавными зубками 5 (см. фиг. 3) размещены на конусообразном, в т.ч. и торцевом участке наконечника - в нижней части корпуса 1 башмака (см. фиг. 4). Башмак прорабатывающий изготовлен из легко разбуриваемого материала, например, из алюминия или дюралюминия. За счет применения легко разбуриваемых материалов появляется возможность разбуривания башмака и при необходимости углубления скважины. Диаметр прорабатывающего башмака по лопастям 4 не превышает величину эффективного диаметра ствола скважины, в которую спускается башмак. Это обеспечивает свободное прохождение башмака прорабатывающего по стволу скважины без прихвата. Так, например, при диаметре долота Д - 143 мм, диаметре муфты обсадной трубы - 127 мм и эффективном диаметре Dэф ствола скважины, равном 135 мм, диаметр прорабатывающего башмака по лопастям равен 131 мм, т.е. не превышает величину эффективного диаметра ствола скважины. Это обеспечивает свободное и надежное прохождение башмака прорабатывающего через суженные участки ствола скважины без прихвата.In this case, the blades 4 over the entire surface are equipped with flat hard-alloy teeth 5 (see Fig. 3), placed at the same level with the surface of the blade 4. Equipping the blades 4 with flat hard-alloy teeth 5 ensures the strength of the shoe body 1 itself, as it enhances and increases the wear resistance of the very shoe. Carbide flat teeth 5 are installed by pressing or sealing flush (at the same level) with the surface of the blade 4, i.e. teeth 5 do not protrude, do not increase the overall diameter of the lower part of the body 1 of the shoe along the blades 4. And the length of the blade 4 is 0.3-0.5 of the length of the cylindrical part of the body 1. For example, if the length of the cylindrical part of the body 1 of the shoe is 150 mm, then the length of the blade 4 corresponds to 50 mm, i.e. 0.3 lengths. Or, for example, when the length of the cylindrical part of the shoe body 1 is 196 mm, the blade length corresponds to 90 mm, i.e. 0.46 lengths (round up to 0.5 lengths). Thus, the blades 4 (see Fig. 3, 5) with flat carbide teeth 5 (see Fig. 3) are placed on a tapered one, incl. and the end portion of the tip - in the lower part of the shoe body 1 (see Fig. 4). The working shoe is made of easily drillable material, for example, aluminum or duralumin. Due to the use of easily drillable materials, it becomes possible to drill out the shoe and, if necessary, deepen the well. The diameter of the working shoe along the blades 4 does not exceed the value of the effective diameter of the wellbore into which the shoe is run. This ensures the free passage of the drill shoe along the wellbore without sticking. So, for example, with a bit diameter D - 143 mm, a casing collar diameter - 127 mm and an effective borehole diameter Deff equal to 135 mm, the diameter of the working shoe along the blades is 131 mm, i.e. does not exceed the value of the effective diameter of the wellbore. This allows the shoe to pass freely and reliably through the narrowed sections of the wellbore without sticking.

Башмак прорабатывающий работает следующим образом.Working shoe works as follows.

Башмак прорабатывающий соединяют с обсадной колонной (на фиг. 1-6 не показана) по присоединительной резьбе в верхней цилиндрической части корпуса 1 (см. фиг. 1, 3) и спускают в скважину. По достижении участков сужения или осложненных осыпаниями и обвалами мест, ограничивающих дальнейший спуск, создают дополнительное осевое усилие с подачей технологической жидкости через обсадную колонну и производят вращение обсадной колонны вправо с медленным перемещением всей колонны вниз. В результате вращения лопастей 4 (см. фиг. 3), оснащенных плоскими твердосплавными зубками 5, расположенных на центральной части башмака, происходит разрушение препятствий из горной породы, корки бурового раствора и шлам вымывается в направлении, противоположном направлению спуска обсадной колонны.The working shoe is connected to the casing (not shown in Figs. 1-6) through the connecting thread in the upper cylindrical part of the housing 1 (see Figs. 1, 3) and lowered into the well. Upon reaching areas of narrowing or complicated by sloughing and collapse of places limiting further descent, an additional axial force is created with the supply of process fluid through the casing and the casing is rotated to the right with a slow downward movement of the entire casing. As a result of the rotation of the blades 4 (see Fig. 3), equipped with flat carbide teeth 5, located on the central part of the shoe, obstacles from the rock are destroyed, the mud crust and cuttings are washed out in the direction opposite to the direction of running the casing string.

Предлагаемый башмак прорабатывающий повышает надежность спуска и установки обсадной колонны в осложненном стволе скважины, имеет простую конструкцию, обеспечивает надежное прохождение суженных участков ствола с проработкой без заклинка и посадок.The proposed reaming shoe increases the reliability of running and installing the casing in a complicated wellbore, has a simple design, and ensures reliable passage of narrowed sections of the borehole with reaming without jamming and landings.

Claims

Working shoe, including a body with a cylindrical part with a connecting thread at the top for connection to the casing string, equipped with side flushing holes and blades in the lower part, characterized in that the body is made hollow with a lower part in the form of a conical tip and is additionally equipped with a central flushing hole, when the central and lateral flushing holes are directed downward, the cone-shaped tip is equipped with at least three blades, made straight or helical and having a flat shape, the blades are uniformly equipped with flat carbide teeth over the entire surface, located at the same level with the blade surface, and the blade length is 0, 3-0.5 of the length of the cylindrical part of the body, and the shoe is made of easily drillable material and the diameter of the shoe, which is processed along the blades, does not exceed the value of the effective diameter of the wellbore.