Компоновка низа бурильной колонны для расширения ствола скважины

 

Изобретение относится к области горной промышленности и может быть использовано в качестве технического средства для расширения стволов нефтяных и газовых скважин. Изобретение обеспечивает повышение эффективности в работе компоновки низа бурильной колонны для расширения пробуренного ствола скважины. Компоновка состоит из фрезы с корпусом в виде полого ствола и шарошкой, выполненной в виде усеченного эллипсоида. Корпус фрезы присоединен к нижней утяжеленной бурильной трубе, которая с помощью кривого переводника связана со следующей утяжеленной трубой. На верхней трубе размещено не менее двух лопастных стабилизаторов, которые центрируют утяжеленную трубу в обсадной колонне. На стволе с помощью роликовых и замкового шарикового подшипников закреплена шарошка. На фрезе перед спуском в скважину размещают протектор-слиппер с захватами, облегчающий спуск компоновки за счет обеспечения проскальзывания фрезы в межторцевых промежутках муфтовых соединений обсадной колонны. Фреза закреплена на конце нижней утяжеленной трубы, продольная ось которой пересекается с продольной осью следующей за ней утяжеленной трубы под углом 2,5-7^o. 1 з.п.ф-лы, 4 ил. /

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к техническим средствам, используемым в составе компоновки низа бурильной колонны (КНБК), с помощью которых осуществляется расширение стволов пробуренных нефтяных и газовых скважин.

Известна и широко используется в практике строительства нефтяных и газовых скважин КНБК, включающая в себя раздвижной расширитель, закрепленный на нижнем конце утяжеленных труб бурильной колонны, которая вращается роторным столом буровой установки [1]. Главным недостатком известного технического решения является незначительное увеличение диаметра ранее пробуренного ствола скважины (примерно до 80-110 мм на сторону).

Ближайшим аналогом изобретения, т.е. прототипом может служить известная КНБК для расширения ствола скважины [2]. Известная компоновка включает комплект утяжеленных и бурильных труб, а также фрезу, имеющую ствол с размещенной на ней шарошкой.

Однако известная компоновка из-за своих конструктивных особенностей не позволяет значительно увеличивать диаметр ранее пробуренного ствола скважины.

Между тем имеется настоятельная необходимость в увеличении диаметра ствола скважины в интервале продуктивного пласта до величин порядка 2 - 2,5 м с целью повышения эффективности нефтегазоотдачи.

Задачей данного изобретения является повышение эффективности работы КНБК для расширения пробуренного ствола скважины.

Сущность предложенного технического решения заключается в том, что КНБК включает в себя комплект утяжеленных и бурильных труб, а также фрезу, состоящую из ствола и размещенной на нем шарошки. Фреза крепится с помощью резьбы на конце нижней утяжеленной трубы, продольная ось которой пересекается с продольной осью следующей за ней утяжеленной трубы под углом 2,5-7^o. На внешней поверхности этой (второй снизу) утяжеленной трубы установлено не менее двух лопастных стабилизаторов. Над второй снизу утяжеленной трубой размещен необходимый для роторного бурения набор тяжелого низа (утяжеленных труб) и далее бурильные трубы. Фреза выполнена одношарошечной, ось вращения шарошки и ось ствола совпадают с продольной осью нижней утяжеленной трубы. Шарошка установлена на стволе с помощью подшипников. Для исключения возможности западания фрезы в межторцевые промежутки муфтовых соединений при спуске компоновки в обсадную колонну на наружной поверхности одношарошечной фрезы установлен протектор-слиппер.

Изобретение поясняется чертежами, где: - на фиг. 1 показан общий вид КНБК; - на фиг. 2 показан общий вид КНБК в обсадной колонне; - на фиг. 3 показан общий вид одношарошечной фрезы; - на фиг. 4 показан общий вид фрезы с надетым на нее протектором-слиппером.

Одношарошечная фреза 1 состоит из корпуса и шарошки, рабочая поверхность которой имеет характерную форму усеченного эллипсоида. Корпус фрезы 1 с помощью своей резьбовой муфты соосно закрепляется на нижнем ниппельном резьбовом конце утяжеленной трубы 2. Последняя, в свою очередь, своим верхним резьбовым муфтовым концом закрепляется на резьбовом ниппеле размещенной над ней утяжеленной трубы 3. Продольная ось утяжеленной трубы 2 составляет угол α с продольной осью утяжеленной трубы 3. Величина угла α укладывается в пределы диапазона значений от 2,5-7^o. На наружной поверхности утяжеленной трубы 3 (либо, если труба 3 собрана из трех кусков, соединяемых между собой на специальных резьбах, то в проставках этих резьб) устанавливаются два лопастных стабилизатора 4, назначение которых заключается в центрировании продольной оси утяжеленной трубы 3 по оси обсадной колонны 5. Над утяжеленной трубой 3 собирается обычный комплект утяжеленных 6 и далее бурильных труб (так, как это принято при роторном способе бурения).

Одношарошечная фреза 1 имеет корпус в виде полого ствола 7, ось которого совпадает с осью его резьбового муфтового конца. Шарошка 8 фрезы 1 с помощью роликовых подшипников 9 и замкового шарикового подшипника 10 фиксируется на стволе 7. Ось вращения шарошки 8 совпадает с осью ствола 7. В нижней части шарошки 8 имеется промывочный канал 11, который связывает внутреннюю полость ствола 7 и внутреннюю полость бурильной колонны с кольцевым пространством внутри обсадной колонны 5. На наружной поверхности шарошки 8 закрепляются износостойкие вставки 12 (штыри или пластины). Максимальный диаметр D шарошки 8 меньше внутреннего диаметра обсадной колонны 5, но больше наружного диаметра утяжеленной трубы 2. При подготовке к спуску в обсадную колонну 5 на фрезу 1 надевается протектор-слиппер 13, который своим штоком 14 перекрывает промывочный канал 11 шарошки 8 и внутреннюю полость ствола 7. Своими пружинящими профильными захватами 15 протектор-слиппер 13 обжимает верхнюю часть шарошки 8 и надежно фиксируется на фрезе 1.

Наружная поверхность захватов 15 и всего протектора-слиппера 13 выполняется гладкой, что обеспечивает минимальный коэффициент трения при его взаимодействии с внутренней поверхностью обсадной колонны 5.

Компоновка работает следующим образом.

Перед спуском в скважину осуществляют последовательную сборку элементов КНБК. Одношарошечную фрезу 1 навинчивают муфтой полого ствола 7 на нижний резьбовой ниппель утяжеленной трубы 2. Затем на фрезу 1 надевают протектор-слиппер 13. Утяжеленную трубу 2 и фрезу 1 спускают в отверстие роторного стола буровой установки и далее внутрь обсадной колонны 5. Затем на утяжеленную трубу 2 навинчивают утяжеленную трубу 3 с надетыми на нее стабилизаторами 4. Суммарным весом утяжеленных труб 2 и 3, а также талевого блока буровой установки собранную компоновку задавливают в верхнюю часть обсадной колонны 5, при этом протектор-слиппер 13 со значительным усилием прижимается к ее внутренней поверхности.

Далее происходят сборка и спуск бурильной колонны так, как это имеет место при обычном роторном способе бурения. Увеличивающийся в процессе спуска вес бурильной колонны преодолевает силу трения протектора-слиппера 13 о внутреннюю поверхность обсадной колонны 5, а его форма и гладкая поверхность захватов 15 позволяет легко миновать межторцевые промежутки муфтовых соединений обсадной колонны 5. После того, как фреза 1 будет спущена на верхнюю отметку интервала, с которого начинается разбуривание обсадной колонны 5, на бурильную колонну наворачивают ведущую трубу и включают в работу буровые насосы.

Избыточное давление бурового раствора внутри бурильной колонны воздействует на торец штока 14 протектора-слиппера 13 и выдавливает его из внутренней полости ствола 7 фрезы 1 и промывочного канала 11 шарошки 8. Пружинные захваты 15 при этом расходятся и протектор-слиппер 13 опускается на забой, открывая вооружение шарошки 8 (штыри 12). Бурильную колонну начинают вращать роторным столом буровой установки с частотой 45-120 об./мин, при этом колонну плавно подают вниз со скоростью 1-2 м/ч. После того, как будет достигнута нижняя отметка интервала разбуривания обсадной колонны 5, бурильную колонну начинают плавно поднимать из скважины со скоростью 1-2 м/ч. Операция повторяется несколько раз в зависимости от диаметра, на который нужно вывести расширяемый участок ствола скважины. Если это необходимо, то протектор-слиппер 13, оставшийся на забое перед началом разбуривания обсадной колонны 5, может быть размолот на забое фрезой 1, после чего она оттягивается до верхней отметки, с которой необходимо начинать разбуривание самой колонны.

Источники информации 1. Американская техника и промышленность. Выпуск III. Chilton International Company, 1977, с. 333-336.

2. Авт. св. N 1546604 A1, E 21 B 7/28, опубл. 28.02.90 г., бюл. N 8.

Формула изобретения

1. Компоновка низа бурильной колонны для расширения ствола скважины, состоящая из комплекта утяжеленных и бурильных труб, а также фрезы, имеющей ствол с размещенной на нем шарошкой, отличающаяся тем, что фреза закреплена с помощью резьбы на конце нижней утяжеленной трубы, продольная ось которой пересекается с продольной осью следующей за ней утяжеленной трубы под углом 2,5 - 7^o, при этом фреза выполнена одношарошечной, а ось вращения шарошки и ось ствола, на котором она установлена с помощью подшипников, совпадают с продольной осью нижней утяжеленной трубы, причем для исключения западания фрезы в межторцевые промежутки муфтовых соединения при спуске компоновки в обсадную колонну одношарошечная фреза снабжена протектором-слиппером, который размещен на ее наружной поверхности.

2. Компоновка по п.1, отличающаяся тем, что на утяжеленной трубе, установленной над нижней утяжеленной трубой, размещены по меньшей мере два лопастных стабилизатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4