EA040756B1 - Фрезерный инструмент - Google Patents

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области фрезерных инструментов, а более конкретно к фрезерному инструменту и способу использования указанного фрезерного инструмента.

Сведения о предшествующем уровне техники

Морская нефтяная и газовая промышленность сталкивается с ростом требований со стороны правительств и регулирующих органов к перманентной закупорке/тампонированию непродуктивных скважин. Непродуктивные или ликвидированные скважины, которые перманентно не затампонированы, представляют большую потенциальную опасность для окружающей среды.

При обычном тампонировании и ликвидации скважины (ТиЛ), секция обсадной трубы(труб) в стволе скважины расфрезеровывается, после чего на указанной секции устанавливается цементная пробка для перманентного закупоривания скважины. При операции фрезерования вырабатываются большие объемы металлической обрези, которые могут препятствовать как самой операции фрезерования, так и последующей операции цементирования пробки. В отличие от большинства операций, выполняемых в опытных и продуктивных скважинах, ТиЛ в действительности не нуждается в удалении металлической обрези (часто называемой стружкой) из ствола скважины после выполнения операции фрезерования/резки, поскольку затампонированная и ликвидированная скважина не содержит какого-либо скважинного оборудования, такого как противовыбросовый превентор (ПВП), который может быть поврежден наличием металлической обрези. Единственным требованием является удаление металлической обрези из участка секции скважины, в котором устанавливается пробка. Это необходимо для предотвращения наличия металлической обрези в фрезерованной секции, поскольку обрезь может создавать помехи или препятствовать операции цементирования пробки, что становится причиной неправильного закупоривания ствола скважины. Различное оборудование и способы ТиЛ всесторонне рассмотрены Томасом Ринге (Thomas Ringe) в диссертации Фрезерование секции при тампонировании и ликвидации нефтяных скважин (англ. Section milling during plug and abandonment of petroleum wells), Факультет науки и технологии, Университет Ставангера.

Чтобы избежать транспортировки металлической обрези вверх, были предложены различные фрезерные инструменты и способы. Устранение необходимости в подъеме вверх такой обрези является очень выгодным, поскольку такой подъем является времязатратным/дорогостоящим, требует дополнительного погрузочно-разгрузочного оборудования и обеспечивает множество проблем, связанных с техникой безопасности, охраной здоровья и охраной окружающей среды (ТБОЗ и ООС). Такие фрезерные инструменты и способы предшествующего уровня техники имеют две общие характерные особенности; фрезерование секции выполняется при перемещении инструмента внутри ствола скважины, и произведенная металлическая обрезь осаждается/транспортируется далее вниз в ствол скважины при помощи самоочищающих магнитов.

Патентный документ US 6679328 В2 раскрывает фрезерный инструмент для фрезерования секции обсадной колонны. Фрезерование выполняется при извлечении фрезерного инструмента по направлению вверх путем использования гидравлического напорного механизма. Произведенная металлическая обрезь перемещается вниз в ствол скважины с помощью шнекового бура.

Патентный документ WO 2010/120180 А1 раскрывает фрезерный инструмент для фрезерования секции обсадной колонны. Фрезерование выполняется при извлечении фрезерного инструмента по направлению вверх, вероятно, с применением бурильной трубы. Произведенная металлическая обрезь перемещается вниз в ствол скважины с помощью флюидного трубопровода и опционально шнекового бура.

Настоящее изобретение обеспечивает фрезерный инструмент, причем по меньшей мере некоторые из недостатков уровня техники уменьшены или устранены.

Раскрытие сущности изобретения

Согласно своему первому аспекту настоящее изобретение обеспечивает фрезерный инструмент для ствола скважины, раскрытый в п.1 приложенной формулы.

Устройство генерирования вращения может быть соединено со спиралевидным продольным направляющим элементом.

Цилиндрический магнитный элемент может быть жестко соединен с фрезерной секцией, так что магнитный элемент вращается совместно с фрезерной секцией. Спиралевидный продольный направляющий элемент может быть изготовлен из подходящего немагнитного материала.

Фрезерная секция может быть установлена с возможностью вращения относительно ствола скважины, предпочтительно с помощью соединенной скважинной колонны или бурильной трубы. В качестве альтернативы фрезерная секция может вращаться посредством второго устройства генерирования вращения, такого как гидравлический или электрический двигатель любого подходящего типа.

В одном из вариантов осуществления фрезерного инструмента секция удаления металлической обрези может быть выполнена так, что предусмотрена возможность отталкивания от фрезерного инструмента металлической обрези, накапливающейся на цилиндрическом магнитном элементе при эксплуатации, и предпочтительно далее вниз в ствол скважины. Секция удаления металлической обрези может быть выполнена таким образом, что предусмотрена возможность отталкивания от фрезерной секции ме

- 1 040756 таллической обрези, накапливающейся на цилиндрическом магнитном элементе при эксплуатации.

В одном из вариантов осуществления фрезерного инструмента фрезерная секция может содержать множество выпускных отверстий для бурового раствора, выходы которых расположены так, что образующаяся/производимая при фрезеровании металлическая обрезь направляется к секции удаления металлической обрези. Предпочтительно выпускные отверстия расположены так, чтобы буровой раствор выбрасывался в направлении вниз в ствол скважины. Поток бурового раствора от выпускных отверстий может способствовать проталкиванию металлической обрези вниз в ствол скважины. Множество выпускных отверстий предпочтительно расположены радиально по периферии фрезерной секции.

В одном из вариантов осуществления изобретения фрезерный инструмент может содержать центральный проход, т.е. флюидный трубопровод вдоль осевой линии инструмента, для подачи бурового раствора к выпускным отверстиям для бурового раствора, для перемещения обрези в активированное положение и/или для запуска устройства генерирования вращения.

В одном из вариантов осуществления фрезерного инструмента концевая секция скребка, удаленная от фрезерной секции, может быть расположена вокруг цилиндрического немагнитного элемента. Немагнитный элемент может увеличивать расстояние от магнитного элемента, причем указанного расстояния достаточно для устранения магнитного притяжения между металлической обрезью и цилиндрическим магнитным элементом.

В одном из вариантов осуществления фрезерного инструмента радиально расположенные фрезерные элементы могут представлять собой множество радиально расположенных фрез. Предпочтительно от трех до восьми фрез. В одном из вариантов осуществления изобретения фрезерная секция может содержать корпус, в котором расположены фрезы. Фрезы могут быть в неактивированном положении, в котором фрезы втянуты в корпус или фрезерную секцию, или в активированном положении, в котором фрезы выдвинуты в радиальном направлении. В одном из вариантов осуществления изобретения, фрезы могут перемещаться в активированное положение с помощью гидравлического давления, обеспечиваемого буровым раствором.

В одном из вариантов осуществления изобретения фрезерный инструмент может быть предназначен для использования в операциях тампонирования и ликвидации скважины. Предпочтительно фрезерный инструмент представляет собой секционный фрезер для фрезерования радиальной секции всех обсадных колонн при операции тампонирования и ликвидации скважины.

Во время эксплуатации фрезерная секция может быть расположена на уровень выше секции удаления металлической обрези.

В одном из вариантов осуществления фрезерного инструмента устройство генерирования вращения может представлять собой гидравлический двигатель, предпочтительно двигатель, приводимый в действие буровым раствором, или централизующий противовращательный элемент. Двигатель, приводимый в действие буровым раствором, может предпочтительно представлять собой роторно-лопастной двигатель.

Централизующий противовращательный элемент может быть соединен со спиралевидным продольным направляющим элементом и может быть способен взаимодействовать с внутренней поверхностью ствола скважины, так что спиралевидный продольный направляющий элемент удерживается, по существу, вращательно неподвижно относительно цилиндрического магнитного элемента, причем указанный магнитный элемент вращается вместе с фрезерной секцией.

В одном из вариантов осуществления фрезерного инструмента устройство генерирования вращения может представлять собой гидравлический или электрический двигатель, предпочтительно двигатель, приводимый в действие буровым раствором, расположенный на втором конце секции удаления металлической обрези и функционально соединенный с возможностью вращения спиралевидного продольного направляющего элемента относительно магнитного элемента.

В одном из вариантов осуществления фрезерного инструмента фрезерная секция или секция удаления обрези может содержать соединительный конец, удаленный от секции удаления обрези или фрезерной секции соответственно, причем соединительный конец выполнен с возможностью соединения инструмента с канатом, силовым кабелем, кабелем-шлангом, скважинной колонной, бурильной трубой или гибкой насосно-компрессионной трубой.

В одном из вариантов осуществления фрезерного инструмента фрезерная секция может содержать соединительный конец, удаленный от секции удаления металлической обрези, причем соединительный конец выполнен с возможностью соединения инструмента с канатом, силовым кабелем, кабелемшлангом, скважинной колонной, бурильной трубой или гибкой насосно-компрессионной трубой.

Согласно своему второму аспекту, настоящее изобретение предусматривает способ тампонирования и ликвидации ствола скважины, раскрытый в п.2 приложенной формулы.

В одном варианте осуществления изобретения способ может включать в себя следующие этапы: извлечение верхней части фрезерного инструмента и выполнение требуемых операций для цементирования пробки на фрезерованной радиальной секции.

Термин металлическая обрезь означает любой тип металлических обрезков и частиц, обычно называемых стружка, производимых в процессе фрезерования.

- 2 040756

Термин фрезерные элементы означает любой тип режущего фрезерующего элемента, расположенного на фрезерном инструменте для дробления/резания металлических отходов, обсадных колонн и т.д., имеющихся в стволе скважины.

Перечень чертежей

Настоящее изобретение подробно раскрыто со ссылкой на следующие чертежи.

На фиг. 1 показан вид в перспективе первого варианта осуществления фрезерного инструмента согласно изобретению, на фиг. 2 - боковой вид в поперечном разрезе фрезерного инструмента, показанного на фиг. 1, на фиг. 3 - увеличенный вид в поперечном разрезе фрезерной секции фрезерного инструмента, показанного на фиг. 1 и 2, на фиг. 4 - увеличенный вид в поперечном разрезе устройства генерирования вращения фрезерного инструмента, показанного на фиг. 1 и 2, на фиг. 5 - увеличенный вид устройства генерирования вращения второго варианта осуществления изобретения.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Первый вариант осуществления фрезерного инструмента согласно настоящему изобретению показан на фиг. 1-4.

Фрезерный инструмент согласно изобретению особенно подходит для секционного фрезерования в операциях тампонирования и ликвидации скважин (ТиЛ). В отличие от фрезерных инструментов предшествующего уровня техники фрезерный инструмент согласно изобретению способен выполнять фрезерование с одновременным выталкиванием/направлением произведенной металлической обрези далее вниз в ствол скважины. Кроме того, фрезерный инструмент согласно настоящему изобретению предотвращает или снижает воздействие производимой металлической обрези на сам процесс фрезерования, т.е. предотвращается засорение/забивание фрез металлической обрезью.

Фрезерный инструмент содержит фрезерную секцию 2 и секцию 3 удаления металлической обрези. Фрезерная секция оснащена четырьмя радиально расположенными фрезами 4 (т.е. фрезерными элементами), выполненными с возможностью фрезерования обсадной колонны ствола скважины. Фрезы могут перемещаться между пассивным и активным положениями. В пассивном положении, как показано на фиг. 1-3, фрезы втягиваются во фрезерную секцию. Фрезы предварительно втягиваются в пассивное положение пружиной 11, и при активации под давлением бурового раствора через канал 12 поршневой блок 18 выталкивает фрезы в радиальном направлении наружу в активное положение, в котором фрезы соприкасаются с обсадной колонной ствола скважины, подлежащей резке и фрезерованию. Различные решения по проектированию фрезерных секций с выдвижными фрезами, а также конструкция самих фрез хорошо известны специалисту и раскрыты, например, в документах WO 95/03473, US 5265675 A, US 2015/0129195 А1 и WO 2016/108837 А1.

Секция 3 удаления металлической обрези имеет первый конец 5 и второй конец 6 и содержит цилиндрический магнитный элемент 7, роторно-лопастной двигатель 8 (т.е. устройство генерирования вращения) и скребок 9 в форме спирали (т.е. спиралевидный продольный направляющий элемент). Первый конец 5 соединен с фрезерной секцией. Скребок 9 расположен соосно вокруг цилиндрического магнитного элемента 7 и функционально соединен с роторно-лопастным двигателем 8. Роторно-лопастной двигатель 8 приводится в движение буровым раствором, поступающим в двигатель через центровой продольный канал 12 для бурового раствора и впускные отверстия 13 для бурового раствора. Различные роторно-лопастные двигатели, подходящие для использования во фрезерном инструменте согласно изобретению, известны и раскрыты, например, в WO 93/08374, WO 94/16198 и US 6302666 В1. Кроме роторнолопастных двигателей для вращения скребка относительно магнитного элемента могут быть применены любые подходящие гидравлические или электрические двигатели.

Магнитный элемент 7 и скребок 9 установлены с возможностью вращения относительно друг друга вокруг общей осевой линии С и выполнены таким образом, что металлическая обрезь, накапливающаяся на цилиндрическом магнитном элементе при эксплуатации, направляется с помощью скребка к второму концу 6 секции 3 удаления металлической обрези при работе роторно-лопастного двигателя 8. Участок 17 скребка 9, расположенный ближе ко второму концу 6, расположен вокруг цилиндрического немагнитного элемента 16 секции удаления металлической обрези. Скребок 9 предпочтительно изготовлен из немагнитной нержавеющей стали, т.е. из аустенитной нержавеющей стали подходящего типа.

Внутренняя поверхность скребка (т.е. поверхность, обращенная к периферийной поверхности магнитного элемента) расположена с небольшим зазором (0,1-0,5 мм) от периферийной поверхности. Дополнительные подробности, функции и признаки подходящего спиралевидного скребка и соответствующего магнитного элемента раскрыты в документе WO 2016/155852 А1.

Фрезерная секция 2 оснащена соединительным концом 14, удаленным от секции 3 удаления металлической обрези. Соединительный конец в настоящем варианте осуществления изобретения подходит для соединения фрезерного инструмента с бурильной трубой (не показана). Бурильная труба обеспечивает требуемое вращение фрезерной секции 2, одновременно обеспечивая подачу бурового раствора к роторно-лопастному двигателю 8 для вращения скребка 9 относительно магнитного элемента 7, а также

-

Claims (3)

1. требуемое гидравлическое давление для активации фрез 4. Для способствования направлению металлической обрези к магнитному элементу фрезерная секция оснащена множеством выпускных отверстий 10 для бурового раствора. Выходы выпускных отверстий расположены в таком направлении, что при эксплуатации производимая металлическая обрезь перемещается к секции удаления металлической обрези. Раствор, выходящий из выпускных отверстий, также выгоден тем, что он способствует более эффективному фрезерованию путем направления металлической обрези в сторону от фрез.

   Покомпонентное изображение секции 3 удаления металлической обрези по второму варианту осуществления фрезерного инструмента согласно изобретению показано на фиг. 5. Второй вариант осуществления изобретения отличается от фрезерного инструмента, показанного на фиг. 1-4, тем, что роторнолопастной двигатель 8 заменен на централизующий противовращательный элемент 15 или якорь (т.е. альтернативное устройство генерирования вращения), соединенный со скребком 9. В процессе фрезерования противовращательный элемент 15 радиально вытягивается для обеспечения адекватного фрикционного контакта с внутренней поверхностью ствола скважины/обсадной трубы, так что скребок 9 получает вращательное движение относительно магнитного элемента 7. Противовращательный элемент показан только схематически, однако подробные конструкции подходящих противовращательных элементов будут очевидны для специалиста на основе настоящего раскрытия и предшествующего уровня техники. Противовращательный элемент 15 может быть, например, аналогичен противовращательным якорным устройствам, раскрытым в US 6679328 В2 или механизму захвата, раскрытому в WO 2015/112353 А1. Централизующий противовращательный элемент 15 может, например, содержать радиально выдвижные секции, которые гидравлически активируются посредством бурового раствора, проходящего через центральный продольный канал 12 для бурового раствора.

   Фрезерный инструмент согласно настоящему изобретению подробно раскрыт со ссылкой на варианты осуществления, особенно подходящие для секционного фрезерования совместно с операциями ТиЛ, причем секция удаления обрези расположена с возможностью направления/проталкивания производимой металлической обрези далее вниз в ствол скважины. Однако основные признаки фрезерного инструмента согласно изобретению, т.е. сочетание фрезерной секции 2 и секции 3 удаления металлической обрези, обеспечивают полезный эффект в ряде различных фрезерных инструментов, имеющих различные типы фрезерных элементов (включая как втягиваемые фрезы, так и неподвижные фрезы/лопасти), таких как ведущие фрезы, конические фрезы, цилиндрические фрезы и т.д., так как производимая металлическая обрезь и любые другие металлические отходы эффективно направляются в сторону от фрезерной секции. Этот эффект способствует предотвращению засорения металлическими отходами в зоне фрезерования, а также снижению износа фрезерных элементов. Указанный полезный эффект дополнительно усиливается за счет наличия выпускных отверстий 10, обеспечивающих поток бурового раствора, направляющий металлическую обрезь/отходы в сторону от фрезерных элементов и по направлению к секции удаления металлической обрези.

   ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Фрезерный инструмент (1) для ствола скважины, содержащий фрезерную секцию (2) и секцию (3) удаления металлической обрези, при этом фрезерная секция (2) содержит радиально расположенные фрезерные элементы (4); и секция (3) удаления металлической обрези имеет первый конец (5) и второй конец (6) и содержит цилиндрический магнитный элемент (7), устройство (8) генерирования вращения и спиралевидный продольный направляющий элемент (9), причем первый конец (5) связан с фрезерной секцией;

   спиралевидный продольный направляющий элемент (9) расположен вокруг цилиндрического магнитного элемента (7); и устройство (8) генерирования вращения функционально связано с цилиндрическим магнитным элементом (7) или спиралевидным продольным направляющим элементом (9);

   причем один элемент из цилиндрического магнитного элемента (7) и спиралевидного продольного направляющего элемента (9) установлен с возможностью вращения относительно другого из указанных элементов вокруг общей осевой линии (С) и выполнен таким образом, что предусмотрена возможность направления металлической обрези, накапливающейся на цилиндрическом магнитном элементе при эксплуатации, с помощью спиралевидного продольного направляющего элемента к второму концу (6) секции удаления металлической обрези при работе устройства генерирования вращения.
2. 2. Фрезерный инструмент по п.1, в котором секция (3) удаления металлической обрези выполнена таким образом, что предусмотрена возможность отталкивания от фрезерного инструмента (1) металлической обрези, накапливающейся на цилиндрическом магнитном элементе (7) при эксплуатации.
3. 3. Фрезерный инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором фрезерная секция содержит множество выпускных отверстий (10) для бурового раствора, причем выходы выпускных отверстий расположены так, что при эксплуатации предусмотрена возможность направления металлической обрези к секции удаления металлической обрези.

   -