Устройство для вторичного вскрытия продуктивных пластов нефтяных и газовых скважин (варианты)

 

Изобретение относится к области бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин, в частности, вторичного вскрытия продуктивных пластов. Технический результат осуществления изобретения - расширение функциональных возможностей, повышение производительности, надежности и долговечности работы устройства. Достигается тем, что устройство содержит бурильную трубу, подвижно соединенный с нею полый корпус с фиксирующим узлом, размещенные в корпусе и в направляющем канале отклоняющего элемента гибкую трубу, породоразрушающий инструмент, установленный на валу шпинделя-отклонителя гидравлического двигателя, статор которого соединен с бурильной трубой посредством гибкой трубы и коаксиально установленного в корпусе переходника, выполненного с возможностью осуществления продольных перемещений в полости корпуса на соединении в виде образованного в стенке корпуса паза и установленного в переходнике шлица. Изобретение описывает 2 варианта выполнения устройства, отличающиеся друг от друга конструктивными особенностями выполнения полого переходника и связанного с ним шлица, который по одному из вариантов выполнен в виде дифференциального поршня, а по второму варианту шлиц установлен в нижнем полукорпусе полого переходника, выполненного с возможностью поворота относительно верхнего полукорпуса, в котором установлен дополнительный шлиц для взаимодействия с образованным в стенке корпуса дополнительным продольным пазом. 2 с. и 15 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин, в частности, вторичного вскрытия продуктивных пластов.

Известны устройства для вторичного вскрытия продуктивных пластов нефтяных и газовых скважин, включающие бурильную трубу, соединенную с имеющим фиксирующий узел полым корпусом, породоразрушающий инструмент, связанный с гибкой трубой, выполненные с возможностью выдвижения в закорпусное пространство, размещенный в нижней части цилиндрической полости корпуса отклоняющий элемент [1].

Недостатком известного устройства, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при его использовании, является то, что бурение боковых перфорационных стволов малого диаметра, выполняемое за счет вращения на устье скважины длинной гибкой трубы, дает возможность создания только небольших отходов от основного ствола, определяемых углом входа инструмента в продуктивный пласт, ограниченного гибкостью трубы и каналом отклоняющего элемента, что приводит к возникновению значительных потерь вращающего момента на трение гибкой трубы в бурильной трубе, канале отклоняющего элемента и боковом стволе. Вследствие этого в гибкой трубе возникают знакопеременные напряжения, а также механические повреждения от трения, являющиеся концентраторами напряжений, что ведет к усталостному разрушению гибкой трубы. Низка производительность работы устройства.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для вторичного вскрытия продуктивных пластов нефтяных и газовых скважин, включающее бурильную трубу, соединенную с имеющим фиксирующий узел полым корпусом, гидравлический двигатель, вал шпинделя-отклонителя которого соединен снизу с породоразрушающим инструментом, а статор связан с бурильной трубой посредством коаксиально расположенных в цилиндрической полости корпуса цилиндрического переходника и выполненной с возможностью выдвижения в закорпусное пространство трубы, выполненными, в свою очередь, с возможностью осуществления продольных перемещений в цилиндрической полости корпуса посредством соединения в виде образованного в стенке корпуса паза и взаимодействующего с ним шлица, установленного в переходнике [2].

К недостаткам известного устройства, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при его применении, относится то, что бурение боковых перфорационных каналов малого диаметра, осуществляемое без использования отклоняющего элемента, делает возможным вести забуривание каналов из основного ствола под небольшим углом входа инструмента в продуктивный пласт, а в отсутствие гибкой связи (гибкой трубы) между статором забойного двигателя и цилиндрическим переходником с бурильной трубой не позволяет формировать длинные криволинейные каналы с малым радиусом кривизны, получить значительные их отходы (глубины перфорации) от основного ствола, существенно увеличить зону фильтрации скважины. Выполнение фиксирующего элемента работающим за счет повышенного давления в цилиндрической полости корпуса приводит к ускоренному износу уплотнений в подвижных соединениях между корпусом и трубой и выходу устройства из строя.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение эффективности функционирования устройства.

Технический результат осуществления изобретения заключается в расширении функциональных возможностей, повышении производительности, надежности и долговечности работы устройства.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения по первому варианту достигается тем, что в данном устройстве, включающем бурильную трубу, соединенную с имеющим фиксирующий узел полым корпусом, гидравлический двигатель, вал шпинделя-отклонителя которого соединен снизу с породоразрушающим инструментом, а статор связан с бурильной трубой посредством коаксиально расположенных в цилиндрической полости корпуса цилиндрического переходника и выполненной с возможностью выдвижения в закорпусное пространство трубы, выполненными, в свою очередь, с возможностью осуществления продольных перемещений в цилиндрической полости корпуса посредством соединения в виде образованного в стенке корпуса паза и взаимодействующего с ним шлица, установленного в переходнике, особенностью изобретения является то, что цилиндрический переходник выполнен полым, а труба, связывающая статор гидравлического двигателя с полым цилиндрическим переходником, - гибкой, при этом в нижней части цилиндрической полости корпуса последовательно размещены отклоняющий элемент и фиксирующий узел, шлиц выполнен в виде дифференциального поршня, один конец которого - меньшего диаметра - размещен в образованной на противоположной пазу стороне стенки цилиндрической полости корпуса выемке с возможностью выхода из нее и вхождения другим концом в паз, верхний участок которого выполнен со скосом, обеспечивающим возврат шлица в выемку при перемещении цилиндрического полого переходника в верхнее положение относительно полого корпуса.

Кроме того, особенность изобретения заключается в том, что нижний участок паза выполнен винтовым, а цилиндрический полый переходник состоящим из жестко соединенного с гибкой трубой нижнего полукорпуса с установленным в нем шлицем и выполненного с возможностью поворота относительно нижнего верхнего полукорпуса, в котором установлен дополнительный шлиц для взаимодействия с образованным в стенке корпуса дополнительным продольным пазом.

Кроме того, особенностью изобретения является то, что фиксирующий узел выполнен в виде якоря, состоящего из размещенного в образованном в нижней части корпуса осевом отверстии с возможностью продольного перемещения штока, соединенного шарнирными поводками с плашками, установленными снаружи корпуса на направляющих элементах, состоящих из одного, выполненного, например, под углом 3^o, или нескольких участков с радиальными скосами с последовательно увеличивающимися к низу корпуса углами.

Кроме того, особенность устройства состоит в том, что шток закреплен в корпусе в крайнем нижнем положении посредством фиксатора, выполненного, например, в виде срезного штифта или радиально подпружиненного шарика.

Кроме того, особенность устройства заключается в том, что осевое отверстие в корпусе выполнено глухим, и образованная в нем штоком замкнутая полость соединена с закорпусным пространством зазором между штоком и стенками отверстия.

Кроме того, особенностью изобретения является то, что корпус и фиксирующий узел выполнены с возможностью поворота относительно друг друга или перемещения посредством винтового соединения, образованного в сопряжении между ними.

Кроме того, особенность устройства состоит в том, что дополнительный шлиц установлен в стенке корпуса, дополнительный паз выполнен в верхнем полукорпусе переходника многоручьевым, при этом каждый верхний продольный участок паза соединен зигзагообразным поперечным пазом с двумя соседними нижними продольными участками, выполненными смещенными относительно верхних, длина последних больше расстояния от породоразрушающего инструмента в его верхнем положении в корпусе до выхода из канала отклоняющего элемента в закорпусное пространство.

Кроме того, особенностью устройства является то, что содержит установленный между цилиндрическим полым переходником и гибкой трубой гидравлический регулятор осевой нагрузки, состоящий из патрубка с внутренними продольными пазами и размещенного в патрубке полого поршня концом со шлицами, взаимодействующими с пазами, другим концом соединенным с гибкой трубой, при этом между поршнем и внутренней стенкой патрубка образовано замкнутое пространство, связанное с полостью поршня зазорами в сопряжении между шлицами и пазами.

Кроме того, особенность устройства состоит в том, что оно снабжено размещенным между статором двигателя и гибкой трубой гидромониторным переводником, полость которого связана с закорпусным пространством каналом, выходное отверстие которого выполнено направленным снизу вверх от двигателя к гибкой трубе.

Кроме того, особенность устройства состоит в том, что фиксирующий узел выполнен в виде расширителя, часть режущих элементов которого размещена по спирали с возможностью совпадения ее направления с результирующим перемещением при вращении и осевой подаче фиксирующего узла.

Технический результат при осуществлении изобретения по второму варианту достигается тем, что в данном устройстве, включающем бурильную трубу, соединенную с имеющим фиксирующий узел полым корпусом, гидравлический двигатель, вал шпинделя-отклонителя которого соединен снизу с породоразрушающим инструментом, а статор связан с бурильной трубой посредством коаксиально расположенных в цилиндрической полости корпуса цилиндрического переходника и выполненной с возможностью выдвижения в закорпусное пространство трубы, выполненными, в свою очередь, с возможностью осуществления продольных перемещений в цилиндрической полости корпуса посредством соединения в виде образованного в стенке корпуса паза и взаимодействующего с ним шлица, установленного в переходнике, особенностью изобретения является то, что цилиндрический переходник выполнен полым, а труба, связывающая статор гидравлического двигателя с полым цилиндрическим переходником, - гибкой, при этом в нижней части цилиндрической полости корпуса последовательно размещены отклоняющий элемент и фиксирующий узел, нижний участок паза выполнен винтовым, причем цилиндрический полый переходник состоит из жестко соединенного с гибкой трубой нижнего полукорпуса с установленным в нем шлицем и выполненного с возможностью поворота относительно нижнего верхнего полукорпуса, в котором установлен дополнительный шлиц для взаимодействия с образованным в стенке корпуса дополнительным продольным пазом, верхний участок которого выполнен в виде дугообразной излучины, имеющей сверху поперечный пазу уступ.

При анализе отличительных признаков описываемого устройства не выявлено аналогичных известных решений, касающихся соединения статора гидравлического двигателя с бурильной трубой посредством гибкой трубы и полого цилиндрического переходника, фиксирующего узла, что позволяет бурить перфорационные каналы диаметром менее 60 мм с криволинейными стволами с нисходящими и восходящими участками с малыми радиусами кривизны до 2,5 м, дает возможность создавать каналы со значительными отходами от основного ствола свыше 6 м, увеличить зону фильтрации скважины, повысить производительность и надежность устройства. Выполнение шлица в виде дифференциального поршня, один конец которого - меньшего диаметра - размещен в выемке корпуса с возможностью выхода из нее при подаче через устройство промывочной жидкости под давлением и вхождения другим концом в паз, верхний участок которого выполнен со скосом, позволяет предотвратить застревание корпуса при спуске в скважину вследствие самопроизвольного выхода породоразрушающего инструмента в закорпусное пространство и его поломку, создать необходимую осевую нагрузку для посадки устройства с упором на забой скважины и обеспечить срабатывание фиксирующего узла, тем самым повысить надежность и долговечность работы устройства.

Выполнение верхнего участка дополнительного паза в виде дугообразной излучины, имеющей сверху поперечный пазу уступ, позволяет упростить конструкцию и также предупредить самопроизвольный выход из цилиндрической полости корпуса породоразрушающего инструмента при спуске в скважину и его поломку, обеспечить срабатывание фиксирующего узла, тем самым повысить надежность и долговечность работы устройства.

Все признаки независимых пунктов формулы являются существенными, то есть необходимыми для обеспечения технического результата. Остальные признаки являются частью существенными, необходимыми для реализации частных решений конструкции устройства.

Так выполнение нижнего участка паза винтовым, а переходника состоящим из двух полукорпусов, нижний из которых с установленным в нем шлицом жестко соединен с гибкой трубой и выполнен с возможностью поворота относительно верхнего полукорпуса с дополнительным шлицом, взаимодействующим с дополнительным продольным пазом, позволяет без трудноосуществимого и неточного поворота длинной (2000-3000 м) колонны бурильных труб, возникновения нежелательного крутящего момента в переходнике и бурильной трубе повернуть гибкую трубу, двигатель со шпинделем-отклонителем вокруг своей оси в процессе движения шлица по винтовому участку паза, тем самым повысить надежную работу устройства и расширить его функциональные возможности за счет обеспечения бурения горизонтальных и горизонтально-восходящих участков перфорационных каналов со значительными отходами от основного ствола.

Выполнение фиксирующего узла в виде якоря, состоящего из размещенного в осевом отверстии корпуса штока, соединенного шарнирными поводками с плашками, установленных на направляющих элементах, состоящих из одного (под углом менее 3^o) или нескольких участков со скосами с последовательно увеличивающимися к низу корпуса углами, позволяет при посадке устройства штоком на забой надежно его закрепить в скважине путем заклинки плашек между направляющими элементами и стенкой скважины на скосе, обеспечить удержание этим корпуса от страгивания вследствие случайного застревания переходника в корпусе при извлечении гибкой трубы с гидравлическим двигателем и породоразрушающим инструментом из бокового ствола, тем самым избежать смятия гибкой трубы и застревания устройства, обеспечить надежность его работы.

Закрепление штока в корпусе посредством срезного штифта или подпружиненного шарика позволяет при спуске устройства избежать перемещений штока в корпусе из-за случайного застревания в сужениях и искривлениях обсадной колонны, что может привести к самопроизвольному выдвижению плашек в закорпусное пространство, их заклиниванию и даже поломке при больших скоростях спуска (более 1 м/с).

Выполнение осевого отверстия глухим с образованием в нем штоком замкнутой полости, соединенной дроссельным зазором между штоком и отверстием с закорпусным пространством, дает возможность при случайном ударе устройства о забой сдемпфировать ударную нагрузку, обеспечить более плавное перемещение плашек по направляющим элементам, избежать повреждений плашек и стенки скважины (обсадной колонны), тем самым повысить долговечность работы устройства.

Выполнение корпуса и фиксирующего узла с возможностью поворота относительно друг друга или перемещения на винтовом соединении дает возможность производить без снятия и последующей установки фиксирующего узла забуривание других перфорационных каналов, в том числе со входами, располагаемыми по винтовой спирали, что позволяет создать более плотную сетку каналов в скважине без случайного попадания в ранее пробуренные стволы и повысить производительность работы устройства.

Выполнение в верхнем полукорпусе многоручьевого паза со смещенными относительно друг друга верхними и нижними продольными участками, соединенными зигзагообразным поперечным пазом, позволяет осуществлять дискретные повороты устройства на заданный расстоянием между соседними продольными участками угол путем возвратно-поступательных перемещений колонны труб относительно корпуса, более точно и плотно разместить места забуривания перфорационных каналов в стенке скважины, тем самым расширить функциональные возможности устройства и повысить производительность его работы. Выполнение верхних участков паза длиной, большей расстояния от породоразрушающего инструмента в его крайнем верхнем положении в корпусе до выхода из направляющего канала отклоняющего элемента в закорпусное пространство, обеспечивает забуривание перфорационного канала при фиксированном относительно бурильной трубы корпусе, что позволяет избежать смещений забуриваемых каналов, повысить надежность работы устройства.

Установка между переходником и гибкой трубой гидравлического регулятора осевой нагрузки позволяет при бурении перфорационных каналов предотвратить перегрузку многотонной колонной бурильных труб породоразрушающего инструмента и его относительно маломощного двигателя, что может привести к их остановке. Образование между поршнем и патрубком замкнутого пространства, соединенного с полостью поршня дроссельными зазорами в сопряжении между шлицами и пазами, дает возможность избежать резких перемещений в патрубке поршня и связанного с ним породоразрушающего инструмента, сделать их более плавными. Величина гидравлического усилия, развиваемого предложенным регулятором, при заданном перепаде давления на гидравлическом двигателе (8-9 МПа) определяется наименьшим наружным диаметром поршня (его штока). Благодаря этому удается снизить осевую нагрузку на двигатель, допустимое значение которой очень невелико (1,5-2 кН) для применяемых в бурении перфорационных каналов малого диаметра типоразмеров двигателей, предотвратить его перегрузку и остановку, что позволит повысить производительность процесса бурения и надежность работы устройства.

Размещение между двигателем и гибкой трубой гидромониторного переводника, полость которого связана с закорпусным пространством каналом, входное отверстие которого выполнено направленным снизу вверх от двигателя к гибкой трубе, позволяет существенно ослабить разрушающие статор двигателя скачки давления промывочной жидкости при запуске и остановке двигателя вследствие осевой перегрузки. Кроме того, истекающая из отверстия с высокой скоростью 70-100 м/с жидкость способствует интенсивной промывке ствола перфорационного канала от шлама породы и повышению производительности работы устройства.

Выполнение фиксирующего узла в виде расширителя, часть режущих элементов которого размещена по спирали, позволяет при бурении перфорационных каналов в необсаженном основном стволе перемещать и фиксировать устройство путем врезания спиральных режущих элементов в стенку ствола, производить забуривание стволов перфорационных каналов со входами, располагаемыми по винтовой линии, что также дает возможность увеличить количество пробуренных за один спуск устройства боковых стволов и повысить производительность его работы.

Изобретение поясняется чертежами, где: на фиг.1 изображено устройство для вторичного вскрытия продуктивных пластов нефтяных и газовых скважин, общий вид; на фиг.2 - продольный разрез цилиндрического полого переходника со шлицем в виде дифференциального поршня; на фиг.3 - винтовой участок паза; на фиг. 4 - продольный разрез переходника, состоящего из двух полукорпусов, с дополнительным шлицем; на фиг.5 - фиксирующий узел в виде якоря; на фиг.6 - корпус и фиксирующий узел, выполненные с возможностью поворота относительно друг друга; на фиг.7 - многоручьевой паз в верхнем полукорпусе переходника; на фиг.8 - развертка многоручьевого паза; на фиг.9 - гидравлический регулятор осевой нагрузки; на фиг.10 - гидромониторный переводник; на фиг.11 - фиксирующий узел в виде расширителя; на фиг.12 - участок дополнительного паза в виде дугообразной излучины.

Устройство для вторичного вскрытия продуктивных пластов по первому варианту включает бурильную трубу 1 (фиг.1), подвижно соединенный с нею полый корпус 2 с фиксирующим узлом 3, размещенные в цилиндрической полости 4 корпуса гибкую трубу 5 и отклоняющий элемент 6 с расположенным в его направляющем канале 7 породоразрушающим инструментом 8, установленным на валу 9 шпинделя-отклонителя 10 гидравлического двигателя 11, статор 12 которого соединен гибкой трубой с закрепленным на нижнем конце бурильной трубы цилиндрическим полым переходником 13, в котором установлен шлиц 14, взаимодействующий с пазом 15, выполненным в цилиндрической стенке полого корпуса. Гибкая труба с гидравлическим двигателем и породоразрушающим инструментом выполнена с возможностью выхода в закорпусное пространство 16. Шлиц 14 (фиг.2) выполнен в виде дифференциального поршня 17, один конец 18 которого - меньшего диаметра - размещен в образованной на противоположной пазу 15 стороне стенки цилиндрической полости 4 корпуса 2 выемке 19 с возможностью выхода из нее и вхождения другим концом 20 в паз 15, верхний участок которого выполнен со скосом 21, обеспечивающим возврат дифференциального поршня в выемку при перемещении переходника в крайнее верхнее положение относительно корпуса. В средней части дифференциального поршня размещен ограничительный элемент 22, а в корпусе в местах сопряжения с дифференциальным поршнем установлены уплотнения 23.

Нижний участок паза 15 может быть выполнен винтовым 24 (фиг.3), а цилиндрический полый переходник - состоящим из жестко соединенного с гибкой трубой 5 нижнего полукорпуса 25 (фиг.4) с установленным в нем шлицем 14 и выполненного с возможностью поворота относительно нижнего полукорпуса верхнего полукорпуса 26, в котором установлен дополнительный шлиц 27 для взаимодействия с образованным в стенке корпуса дополнительным продольным пазом 28. В цилиндрическом сопряжении полукорпусов размещено уплотнение 29.

Фиксирующий узел 3 (фиг.5) может быть выполнен в виде якоря, состоящего из размещенного в образованном в нижней части корпуса осевом отверстии 30 штока 31, соединенного шарнирными поводками 32 с плашками 33, установленными снаружи корпуса на направляющих элементах 34, состоящих из двух участков 35 с радиальными скосами с последовательно увеличивающимися к низу корпуса углами.

Шток 31 фиксирующего узла (фиг. 5) может быть закреплен в корпусе в крайнем нижнем положении посредством фиксатора 36, выполненного в виде срезного штифта или подпружиненного шарика.

Осевое отверстие 30 (фиг.5) может быть выполнено глухим, и образованная в нем штоком 31 замкнутая полость 37 соединена с закорпусным пространством 16 дроссельным зазором 38 между штоком и стенками отверстия. Кроме того, в полости 37 может быть размещена пружина сжатия.

Корпус и фиксирующий узел (фиг.6) могут быть выполнены с возможностью поворота относительно друг друга или перемещения посредством винтового соединения 39, образованного в сопряжении между ними.

Дополнительный шлиц 27 может быть установлен в стенке корпуса 2 (фиг.7), а дополнительный паз 28 выполнен в верхнем полукорпусе 26 многоручьевым, в котором каждый верхний продольный участок 40 паза соединен зигзагообразным поперечным пазом 41 с двумя соседними нижними продольными участками 42, выполненными смещенными относительно верхних, длина L_В которых (фиг.8) больше расстояния S от породоразрушающего инструмента 8 (фиг.1) в его крайнем верхнем положении в корпусе 2 до выхода из канала 7 отклоняющего элемента 6 в закорпусное пространство 16.

Устройство может содержать установленный между нижним полукорпусом 25 переходника 13 (фиг. 9) и гибкой трубой 5 регулятор 43 осевой нагрузки, состоящий из патрубка 44 с внутренними продольными пазами 45 и размещенного в патрубке полого поршня 46 концом 47 со шлицами 48, взаимодействующими с пазами, другим концом 49 соединенным с гибкой трубой, при этом между поршнем и внутренней стенкой патрубка образовано замкнутое пространство 50, связанное с полостью поршня дроссельными зазорами 51 в сопряжении между шлицами и пазами.

Между статором 12 двигателя 11 (фиг.10) и гибкой трубой 5 может быть размещен гидромониторный переводник 52, полость 53 которого связана с закорпусным пространством 16 каналом 54, выходное отверстие 55 которого выполнено направленным вверх от двигателя к гибкой трубе.

Фиксирующий узел 3 (фиг.11) может быть выполнен в виде расширителя 56, часть 57 режущих элементов которого размещены по спирали, другая часть 58 выполнена калибрующей.

Устройство для вторичного вскрытия продуктивных пластов по второму варианту включает бурильную трубу 1 (фиг.1), подвижно соединенный с нею полый корпус 2 с фиксирующим узлом 3, размещенные в цилиндрической полости 4 корпуса гибкую трубу 5 и отклоняющий элемент 6 с расположенным в его направляющим канале 7 породоразрушающим инструментом 8, установленным на валу 9 шпинделя-отклонителя 10 гидравлического двигателя 11, статор 12 которого соединен гибкой трубой с закрепленным на нижнем конце бурильной трубы цилиндрическим полым переходником 13, в котором установлен шлиц 14, взаимодействующий с пазом 15. Нижний участок паза выполнен винтовым 24 (фиг.3), а переходник - состоящим из жестко соединенного с гибкой трубой нижнего полукорпуса 25 (фиг.4) с установленным в нем шлицем 14 и выполненного с возможностью поворота относительно нижнего верхнего полукорпуса 26, в котором установлен дополнительный шлиц 27 для взаимодействия с образованным в цилиндрической стенке корпуса дополнительным продольным пазом 28, верхний участок которого выполнен в виде дугообразной излучины 59 (фиг.12), имеющей сверху поперечный пазу уступ 60.

Устройство, выполненное по первому варианту, работает следующим образом.

При спуске устройства на бурильной трубе 1 (фиг.1) в скважину и последующем его закреплении в зоне перфорации скважины с помощью фиксирующего узла 3 вертикальные перемещения цилиндрического полого переходника 13 в полом корпусе 2 ограничиваются шлицем 14, выполненным в виде дифференциального поршня 17 (фиг.2), один конец которого - меньшего диаметра 18 - находится в ограничительной выемке 19, что позволяет предотвратить самопроизвольный выход породоразрушающего инструмента 8 из направляющего канала 7 отклоняющего элемента 6 в закорпусное пространство 16. После закрепления устройства подают промывочную жидкость на него, при этом породоразрушающий инструмент начинает вращаться гидравлическим двигателем 11 через шпиндель-отклонитель 10. Избыточное давление жидкости в полости переходника 13 начинает выталкивать дифференциальный поршень 17, прижимая его концом большего диаметра 20 к стенке полого корпуса. Затем бурильной трубой начинают медленно перемещать вниз переходник 13. При этом дифференциальный поршень, перемещаясь вниз вместе с переходником, попадает концом 20 в скос 21 паза 15, скользит по нему и, наконец, полностью выдвигается в паз, выходя из зацепления с выемкой 19. При дальнейшем перемещении бурильной трубы в полости корпуса и передаче осевой нагрузки через гидравлический двигатель на породоразрушающий инструмент, который перемещаясь по каналу 7 отклоняющего элемента 6, выходит в закорпусное пространство 16, внедряясь своими зубками в стенку скважины. С помощью шпинделя-отклонителя в продуктивном пласте бурится перфорационный канал с криволинейным дугообразным стволом, состоящим из нисходящего и восходящего участков. Поступающая через инструмент 8 промывочная жидкость удаляет шлам разрушенной зубками породы из бокового ствола. После окончания бурения гибкая труба, двигатель с породоразрушающим инструментом извлекаются из бокового ствола путем перемещения бурильной трубы до упора переходника 13 в торец полого корпуса 2. При дальнейшем перемещении бурильной трубы корпус освобождается в основном стволе скважины за счет раскрепления фиксирующего узла 3. После перестановки устройства бурится следующий ствол.

При использовании устройства, в корпусе которого нижний участок паза выполнен винтовым 24 (фиг.3), а переходник - состоящим из нижнего 25 и верхнего 26 полукорпусов (фиг.4), во время перемещения шлица 14 по винтовому участку паза нижний полукорпус постепенно поворачивается относительно верхнего полукорпуса переходника и полого корпуса 2, вынуждая поворачиваться вокруг своей криволинейной оси гибкую трубу, гидравлический двигатель, шпиндель-отклонитель с породоразрушающим инструментом, в перфорационном канале начинают буриться криволинейный горизонтальный и/или горизонтально-восходящие участки.

Применение для закрепления корпуса устройства в скважине фиксирующего узла 3, приведенного на фиг.5 и выполненного в виде якоря, заключается в опоре на забой штока 31, при этом относительно последнего фиксирующий узел и корпус опускается вниз, плашка 33 перемещается на направляющем элементе 34, сначала по участку с большим радиальным скосом 12-15^o, затем по скосу 1-3^o. При внедрении зубьев плашки в стенку ствола происходит подклинка узла 3 на плашке. Раскрепление фиксирующего узла производится за счет усилия, передаваемого на корпус бурильной трубой при ее подъеме.

Использование в фиксирующем узле 3 (фиг. 5) крепления штока 31 посредством фиксатора 36, выполненного в виде срезного штифта или радиального подпружиненного шарика, позволяет предотвратить его самопроизвольное срабатывание при спуске в скважину и аварийное застревание устройства. После достижения заданной нагрузки на шток 31 штифт срезается (шарик выдавливается из конического гнезда в штоке в отверстие в корпусе, сжимая пружину), корпус якорится в скважине.

При использовании фиксирующего узла (фиг. 5), в котором образована замкнутая полость 37, шток 31, выдавливая жидкость из полости через дроссельный зазор 38 в закорпусное пространство 16, плавно перемещается в глухом осевом отверстии, плашки 33 раздвигаются по направляющим элементам без резких движений, тем самым предотвращаются поломки плашек и повреждения стенки скважины.

При применении устройства, корпус 2 и фиксирующий узел 3 (фиг.6) которого связаны посредством крупношагового винтового соединения, корпус поворачивают относительно фиксирующего узла для бурения каждого последующего перфорационного канала без раскрепления фиксирующего узла.

При использовании устройства, в котором дополнительный шлиц 27 установлен в корпусе 2 (фиг.7), а дополнительный паз 28 выполнен в верхнем полукорпусе 26 переходника многоручьевым, во время движения вниз бурильной трубы с переходником в корпусе шлиц 27 из положения (1) (фиг.8) перемещается в соседний верхний участок 40 паза, поворачивая полый корпус 1, нижний полукорпус 25, гибкую трубу 5 с двигателем и породоразрушающим инструментом 8. После окончания бурения ствола перфорационного канала при подъеме переходника до упора в торец корпуса шлиц перемещается в положение (2), поворачивая корпус. При повторном перемещении вниз бурильной трубы с переходником бурится следующий боковой ствол.

При применении в устройстве гидравлического регулятора осевой нагрузки (фиг. 9) в момент подачи промывочной жидкости под действием ее избыточного давления в полости патрубка 44 поршень 46 перемещается относительно его вниз вместе с гибкой трубой 5. При излишне высокой скорости движения переходника 13 в корпусе 2 под действием веса бурильной трубы в процессе бурения перфорационного канала поршень компенсирует ее излишек путем своего перемещения вверх относительно патрубка.

При использовании в устройстве гидромониторного переводника 52 (фиг.10), установленного над двигателем 11, в процессе бурения перфорационного канала в закорпусное пространство 16 через канал 54 поступает дополнительное количество промывочной жидкости, улучшающей промывку ствола от шлама за счет высокой скорости ее истечения в сторону от забоя ствола канала.

При использовании фиксирующего узла в виде расширителя 56 (фиг.11) в процессе окончательного формирования открытого ствола скважины и закрепления корпуса 2 в нем для бурения перфорационного канала размещенные по спирали режущие элементы 57 врезаются в стенку скважины, удерживая корпус устройства от продольных перемещений, а калибрующие элементы 58 окончательно формируют основной ствол при вращательном и осевом перемещениях устройства.

Устройство, выполненное по второму варианту, работает следующим образом. При спуске устройства на бурильной трубе 1 (фиг.1) в скважину и последующем его закреплении в зоне перфорации скважины с помощью фиксирующего узла 3 вертикальные перемещения переходника 13 в полом корпусе 2 ограничиваются упирающимся в уступ 60 (фиг.12) дугообразной излучины 59 шлицем 14. После закрепления корпуса в скважине на устройство подают промывочную жидкость. Бурильной трубой поворачивают верхний полукорпус 26 переходника относительно полого корпуса и нижнего полукорпуса 25 (фиг.4), вследствие этого дополнительный шлиц 27 выходит из зацепления с уступом, переходник с гибкой трубой, гидравлическим двигателем получают возможность перемещаться вниз вплоть до выхода породоразрушающего инструмента по каналу 7 отклоняющего инструмента 6 в закорпусное пространство 16 и забуривания перфорационного канала. С помощью шпинделя-отклонителя 10 в продуктивном пласте бурится криволинейный нисходящий участок перфорационного канала. При перемещении шлица 14 по винтовому нижнему участку 24 паза 15 нижний полукорпус 25 постепенно поворачивается в корпусе относительно верхнего полукорпуса 26, вынуждая поворачиваться вокруг своей криволинейной оси гибкую трубу, гидравлический двигатель со шпинделем-отклонителем, вследствие этого осуществляется бурение горизонтального и/или горизонтально-восходящего участков перфорационного канала. По окончании бурения бурильная труба приподнимается, дополнительный шлиц 27 возвращается в исходное положение, блокируя продольные перемещения переходника в корпусе.

Таким образом, средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для применения в области бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин, а именно для вторичного вскрытия продуктивных пластов. Для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью известных средств. Устройство, воплощающее заявленное изобретение, способно обеспечить достижение указанного выше технического результата.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР 1789640, кл. E 21 B 7/08, 1993.

2. Авторское свидетельство СССР 1776746, кл. E 21 B 7/08, 1992.

3. Патент EP 0685628, кл. E 21 B 7/06, 1995.

Формула изобретения

1. Устройство для вторичного вскрытия продуктивных пластов нефтяных и газовых скважин, включающее бурильную трубу, соединенную с имеющим фиксирующий узел полым корпусом, гидравлический двигатель, вал шпинделя-отклонителя которого соединен снизу с породоразрушающим инструментом, а статор связан с бурильной трубой посредством коаксиально расположенных в цилиндрической полости корпуса цилиндрического переходника и выполненной с возможностью выдвижения в закорпусное пространство трубы, выполненными, в свою очередь, с возможностью осуществления продольных перемещений в цилиндрической полости корпуса посредством соединения в виде образованного в стенке корпуса паза и взаимодействующего с ним шлица, установленного в переходнике, отличающееся тем, что цилиндрический переходник выполнен полым, а труба, связывающая статор гидравлического двигателя с полым цилиндрическим переходником, гибкой, при этом в нижней части цилиндрической полости корпуса последовательно размещены отклоняющий элемент и фиксирующий узел, шлиц выполнен в виде дифференциального поршня, один конец которого меньшего диаметра размещен в образованной на противоположной пазу стороне стенки цилиндрической полости корпуса выемке с возможностью выхода из нее и вхождения другим концом в паз, верхний участок которого выполнен со скосом, обеспечивающим возврат шлица в выемку при перемещении цилиндрического полого переходника в верхнее положение относительно полого корпуса.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нижний участок паза выполнен винтовым, а цилиндрический полый переходник состоящим из жестко соединенного с гибкой трубой нижнего полукорпуса с установленным в нем шлицем и выполненного с возможностью поворота относительно нижнего верхнего полукорпуса, в котором установлен дополнительный шлиц для взаимодействия с образованным в стенке корпуса дополнительным продольным пазом.

3. Устройство по любому из пп. 1 и 2, отличающееся тем, что фиксирующий узел выполнен в виде якоря, состоящего из размещенного в образованном в нижней части корпуса осевом отверстии с возможностью продольного перемещения штока, соединенного шарнирными поводками с плашками, установленными снаружи корпуса на направляющих элементах, состоящих из одного, выполненного, например, под углом менее 3^o, или нескольких участков с радиальными скосами с последовательно увеличивающимися книзу корпуса углами.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что шток закреплен в корпусе в крайнем нижнем положении посредством фиксатора, выполненного, например, в виде срезного штифта или радиального подпружиненного шарика.

5. Устройство по любому из пп. 3 и 4, отличающееся тем, что осевое отверстие в корпусе выполнено глухим, и образованная в нем штоком замкнутая полость соединена с закорпусным пространством зазором между штоком и стенками отверстия.

6. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что корпус и фиксирующий узел выполнены с возможностью поворота относительно друг друга или перемещения посредством винтового соединения, образованного в сопряжении между ними.

7. Устройство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что дополнительный шлиц установлен в стенке полого корпуса, дополнительный паз выполнен в верхнем полукорпусе цилиндрического полого переходника многоручьевым, при этом каждый верхний продольный участок паза соединен зигзагообразным поперечным пазом с двумя соседними нижними продольными участками, выполненными смещенными относительно верхних, длина последних больше расстояния от породоразрушающего инструмента в его верхнем положении в корпусе до выхода из канала отклоняющего элемента в закорпусное пространство.

8. Устройство по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что содержит установленный между цилиндрическим полым переходником и гибкой трубой регулятор осевой нагрузки, состоящий из патрубка с внутренними продольными пазами и размещенного в патрубке полого поршня c концом со шлицами, взаимодействующими с пазами, другим концом соединенным с гибкой трубой, при этом между поршнем и внутренней стенкой патрубка образовано замкнутое пространство, связанное с полостью поршня зазорами в сопряжении между шлицами и пазами.

9. Устройство по любому из пп. 1-8, отличающееся тем, что снабжено размещенным между статором двигателя и гибкой трубой гидромониторным переводником, полость которого связана с закорпусным пространством каналом, выходное отверстие которого выполнено направленным снизу вверх от двигателя к гибкой трубе.

10. Устройство по любому из пп. 1, 2, 8 и 9, отличающееся тем, что фиксирующий узел выполнен в виде расширителя, часть режущих элементов которого размещены по спирали с возможностью совпадения ее направления с результирующим перемещением при вращении и осевой подаче фиксирующего узла.

11. Устройство для вторичного вскрытия продуктивных пластов нефтяных и газовых скважин, включающее бурильную трубу, соединенную с имеющим фиксирующий узел полым корпусом, гидравлический двигатель, вал шпинделя-отклонителя которого соединен снизу с породоразрушающим инструментом, а статор связан с бурильной трубой посредством коаксиально расположенных в цилиндрической полости корпуса цилиндрического переходника и выполненной с возможностью выдвижения в закорпусное пространство трубы, выполненными, в свою очередь, с возможностью осуществления продольных перемещений в цилиндрической полости корпуса посредством соединения в виде образованного в стенке корпуса паза и взаимодействующего с ним шлица, установленного в переходнике, отличающееся тем, что цилиндрический переходник выполнен полым, а труба, связывающая статор гидравлического двигателя с полым цилиндрическим переходником, гибкой, при этом в нижней части цилиндрической полости корпуса последовательно размещены отклоняющий элемент и фиксирующий узел, нижний участок паза выполнен винтовым, причем цилиндрический полый переходник состоит из жестко соединенного с гибкой трубой нижнего полукорпуса с установленным в нем шлицем и выполненного с возможностью поворота относительно нижнего верхнего полукорпуса, в котором установлен дополнительный шлиц для взаимодействия с образованным в стенке корпуса дополнительным продольным пазом, верхний участок которого выполнен в виде дугообразной излучины, имеющей сверху поперечный пазу уступ.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что фиксирующий узел выполнен в виде якоря, состоящего из размещенного в образованном в нижней части корпуса осевом отверстии с возможностью продольного перемещения штока, соединенного шарнирными поводками с плашками, установленными снаружи корпуса на направляющих элементах, состоящих из одного, выполненного, например, под углом менее 3^o, или нескольких участков с радиальными скосами с последовательно увеличивающимися книзу корпуса углами.

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что шток закреплен в корпусе в крайнем нижнем положении посредством фиксатора, выполненного, например, в виде срезного штифта или радиального подпружиненного шарика.

14. Устройство по любому из пп. 12 и 13, отличающееся тем, что осевое отверстие в корпусе выполнено глухим, и образованная в нем штоком замкнутая полость соединена с закорпусным пространством зазором между штоком и стенками отверстия.

15. Устройство по любому из пп. 11-14, отличающееся тем, что содержит установленный между цилиндрическим полым переходником и гибкой трубой регулятор осевой нагрузки, состоящий из патрубка с внутренними продольными пазами и размещенного в патрубке полого поршня c концом со шлицами, взаимодействующими с пазами, другим концом соединенным с гибкой трубой, при этом между поршнем и внутренней стенкой патрубка образовано замкнутое пространство, связанное с полостью поршня зазорами в сопряжении между шлицами и пазами.

16. Устройство по любому из пп. 11-15, отличающееся тем, что снабжено размещенным между статором двигателя и гибкой трубой гидромониторным переводником, полость которого связана с закорпусным пространством каналом, выходное отверстие которого выполнено направленным снизу вверх от двигателя к гибкой трубе.

17. Устройство по любому из пп. 11, 15 и 16, отличающееся тем, что фиксирующий узел выполнен в виде расширителя, часть режущих элементов которого размещены по спирали с возможностью совпадения ее направления с результирующим перемещением при вращении и осевой подаче фиксирующего узла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12