RU2416707C1 - Device for positioning wedge-deflector and procedure for positioning wedge-deflector in well - Google Patents

Abstract

FIELD: oil and gas production.

SUBSTANCE: device consists of landing and guiding units. The landing unit is equipped with a hydraulic anchor and guiding surface for interaction with response surfaces of the guiding unit. The guiding unit has a set off centre of gravity and is connected to a string via a spindle facilitating its rotation relative to the string. The units can be split, also, the guiding unit includes devices for change of geometric relationship of response surfaces on its shaft and connected with it shaft with set off centre of gravity in a specified direction; successively, this shaft and spindle are disconnected and the wedge-deflector is positioned in their place. The procedure consists in orienting the landing unit by means of the guiding device and in its following disconnection and lifting to surface. Further, the shaft with set off centre of gravity is directed relative to the response surface of the guiding unit where the wedge-deflector is to be installed; the guiding unit is lowered and fixed on the landing unit.

EFFECT: reduced expenditures at installation of wedge-deflector, simplified process of mechanisms positioning due to reduced amount of round-trips; reduced metal input for device of positioning.

6 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к способам и устройствам для реконструкции скважин методом зарезки бокового ствола и строительства многозабойных скважин, а именно касается способа и устройства для установки клина-отклонителя при зарезке боковых стволов в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах, в том числе скважинах старого фонда и многоствольных скважинах.The invention relates to methods and devices for well reconstruction by sidetracking and construction of multilateral wells, and in particular, relates to a method and device for installing a deflector during sidetracking in directional and horizontal wells, including old wells and multilateral wells .

Известны способы установки механизмов на заданный угол с применением измерительных устройств, например установка клина-отклонителя в скважине с применением инклинометров или телеметрических систем. Их недостатком является необходимость проведения измерений для определения угла установки клина-отклонителя.Known methods for installing mechanisms at a given angle using measuring devices, for example, installing a deflector wedge in a well using inclinometers or telemetry systems. Their disadvantage is the need for measurements to determine the installation angle of the deflector wedge.

Известна компоновка для зарезки боковых стволов из обсаженных скважин, которая выполнена в виде продольно-гофрированной трубы, средства азимутальной ориентации клина в стволе скважины, а также средства соединения перечисленных элементов в единое устройство (по патенту RU 2291268). Недостатком является большая погрешность установки клина-отклонителя по апсидальному углу, а также невозможность доступа в основной ствол.A known arrangement for kicking sidetracks from cased wells, which is made in the form of a longitudinally corrugated pipe, means for azimuthal orientation of the wedge in the wellbore, and also means for connecting the above elements into a single device (according to patent RU 2291268). The disadvantage is the large error in the installation of the deflector wedge on the apsidal angle, as well as the inability to access the main trunk.

Известен отклонитель-ориентатор по патенту RU 2145658, включающий корпус с клиновой поверхностью, верхняя из которых представляет собой желоб, установочный клин, установленный в нижней части корпуса, и транспортировочный патрубок. Отклонитель выполнен эксцентричным с нижним расположением центра тяжести, желоб верхней клиновой поверхности корпуса выполнен из материала, сопротивление резанию которого выше сопротивления вырезаемой части колонны труб скважины. Способ установки известного отклонителя-ориентатора включает предварительное определение азимута зарезаемого ствола, спуск и ориентирование отклонителя под действием силы тяжести. После достижения отклонителя заранее установленного на требуемой отметке цементного моста жестко закрепляют его к стенкам скважины при помощи клина. Недостатком способа и устройства является необходимость установки опорного цементного моста.Known diverter-orientator according to patent RU 2145658, comprising a housing with a wedge surface, the upper of which is a groove, an installation wedge installed in the lower part of the housing, and a transport pipe. The diverter is made eccentric with a lower center of gravity, the trough of the upper wedge surface of the body is made of material, the cutting resistance of which is higher than the resistance of the cut part of the pipe string of the well. The installation method of the known deflector-orientator includes a preliminary determination of the azimuth of the cut hole, the descent and orientation of the deflector under the influence of gravity. After reaching the diverter pre-installed at the required elevation of the cement bridge, it is rigidly fixed to the walls of the well with a wedge. The disadvantage of this method and device is the need to install a supporting cement bridge.

Известно устройство для многозабойного вскрытия продуктивных пластов одной скважиной (по патенту RU 2197593), включающее корпус, выполненный в виде продольно-гофрированной трубы, заглушенной с нижней стороны с патрубком с наклонной поверхностью, переходящей в продольный паз под шпонку, установленную в ориентирующем фиксаторе, извлекаемый клин. Поворачивая направляющую шпонку и упорную втулку фиксатора, согласуется направление рабочей поверхности клина и направляющей шпонки фиксатора относительно необходимого направления бокового ствола с запланированной глубины. Его недостатком является необходимость использования телесистемы или инклинометра для ориентации клина отклонителя.A device for multi-face opening of productive formations by one well (according to patent RU 2197593), comprising a housing made in the form of a longitudinally-corrugated pipe, muffled from the bottom side with a pipe with an inclined surface, turning into a longitudinal groove under the key installed in the orienting retainer, is removable wedge. By turning the guide key and the stopper sleeve of the lock, the direction of the working surface of the wedge and the guide key of the lock relative to the required direction of the side barrel from the planned depth is consistent. Its disadvantage is the need to use a telesystem or inclinometer to orient the wedge of the deflector.

Известны способ и устройство для установки клина-отклонителя по патенту US 6968903 (выбраны в качестве прототипов способа и устройства). Устройство включает вал со смещенным центром тяжести, противовес, компенсатор, клин-отклонитель, разъединитель клина-отклонителя. Компенсатор может быть возвращен на поверхность после отделения от установленного в скважине клина. Недостатками данного способа и устройства являются необходимость устанавливать цементный мост для заякоривания устройства, ориентация клина производится при вращении всей бурильной колонны через вертлюг, в связи с чем необходимо противовес изготавливать массивным.A known method and device for installing a wedge-deflector according to patent US 6968903 (selected as prototypes of the method and device). The device includes a shaft with a displaced center of gravity, a counterweight, a compensator, a wedge-diverter, a disconnector of the wedge-diverter. The compensator can be returned to the surface after separation from the wedge installed in the well. The disadvantages of this method and device are the need to install a cement bridge to anchor the device, the orientation of the wedge is made when the entire drill string is rotated through the swivel, and therefore it is necessary to produce a massive counterweight.

Технической задачей изобретения является снижение затрат при установке клина-отклонителя и упрощение ориентирования механизмов, за счет уменьшения количества спускоподъемных операций, а также за счет повышения технологичности таких операций. Кроме того, технической задачей является упрощение и снижение металлоемкости устройства для ориентирования.An object of the invention is to reduce costs when installing a wedge-deflector and simplify the orientation of mechanisms by reducing the number of tripping operations, as well as by improving the manufacturability of such operations. In addition, the technical task is to simplify and reduce the metal consumption of the device for orientation.

Технический результат достигается в устройстве для установки клина-отклонителя (далее - устройство), включающем посадочное устройство с гидравлическим якорем и с направляющей поверхностью и направляющее устройство с ответными поверхностями для взаимодействия с направляющей поверхностью посадочного устройства. Направляющее устройство выполнено со смещенным центром тяжести и соединено с колонной через шпиндель с возможностью вращения относительно колонны. Посадочное и направляющее устройства выполнены с возможностью разъединения после фиксации посадочного устройства в скважине и извлечения на поверхность направляющего устройства, которое включает средства для изменения взаимного расположения ответных поверхностей, расположенных на валу направляющего устройства и связанного с ним вала со смещенным центром тяжести в заданном направлении. Направляющее устройство выполнено с возможностью отсоединения от него вала со смещенным центром тяжести и шпинделя для установки на их место вала-отклонителя. Соединение посадочного и направляющего устройства выполнено при помощи срезных средств крепления. Гидравлический якорь выполнен в виде профильной трубы, соединенной с клапаном. Направляющая поверхность выполнена в виде наклонной поверхности, переходящей в продольный паз. Направляющее устройство имеет ответные поверхности, соответствующие наклонной поверхности и продольному пазу посадочного устройства.The technical result is achieved in a device for installing a deflector wedge (hereinafter referred to as the device), including a landing device with a hydraulic armature and with a guiding surface and a guiding device with mating surfaces for interacting with the guiding surface of the landing device. The guide device is made with a displaced center of gravity and is connected to the column through the spindle with the possibility of rotation relative to the column. The landing and guide devices are capable of disconnecting after fixing the landing device in the well and removing onto the surface of the guide device, which includes means for changing the relative position of the mating surfaces located on the shaft of the guide device and the shaft associated with it with a displaced center of gravity in a given direction. The guide device is configured to detach from it a shaft with a displaced center of gravity and a spindle for installation in their place of the deflector shaft. The connection of the landing and guiding devices is made using shear fastening means. The hydraulic anchor is made in the form of a profile pipe connected to the valve. The guide surface is made in the form of an inclined surface, turning into a longitudinal groove. The guiding device has mating surfaces corresponding to the inclined surface and the longitudinal groove of the landing device.

Технический результат достигается в способе установки клина-отклонителя в скважине, характеризующемся тем, что производят гидравлическую фиксацию посадочного устройства, соориентированного за счет использования направляющего устройства со смещенным центром тяжести, отсоединяют направляющее устройство и поднимают его на поверхность, задают направление вала со смещенным центром тяжести относительно ответной поверхности направляющего устройства, отсоединяют вал со смещенным центром тяжести и шпиндель, на их место устанавливают клин-отклонитель, опускают направляющее устройство в скважину и осуществляют его посадку на посадочное устройство.The technical result is achieved in the method of installing the deflector in the well, characterized in that the hydraulic fixation of the landing device, oriented through the use of a guide device with a displaced center of gravity, disconnect the guide device and raise it to the surface, set the direction of the shaft with a displaced center of gravity relative to counter surface of the guide device, disconnect the shaft with a displaced center of gravity and the spindle, in their place set -otklonitel, the guiding device is lowered into the well and carry out its landing on the landing gear.

Изобретение поясняется чертежами: фиг.1 - устройство для установки клина-отклонителя; фиг.2 - направляющее устройство с клином-отклонителем.The invention is illustrated by drawings: figure 1 - a device for installing a wedge deflector; figure 2 - guide device with a wedge-diverter.

Устройство для установки клина-отклонителя (фиг.1) состоит из посадочного устройства 1 с гидравлическим якорем 2 и с направляющей поверхностью 3, а также из направляющего устройства 4, которое выполнено со смещенным центром тяжести. Гидравлический якорь 2 выполнен в виде профильной (например, продольно-гофрированной) трубы, соединенной с клапаном 5. Направляющая поверхность 3 выполнена в виде наклонной поверхности, переходящей в продольный паз 13 под шпонку 10 направляющего устройства 4. Направляющее устройство, кроме того, содержит зажим 8, зацепы со срезными винтами, вал 9 со шпонкой 10. Направляющее устройство 4 имеет ответные поверхности, образованные направляющей втулкой 14 и шпонкой 10, соответствующие наклонной поверхности 3 и продольному пазу 13 посадочного устройства.A device for installing a wedge-deflector (figure 1) consists of a landing device 1 with a hydraulic armature 2 and with a guide surface 3, as well as a guide device 4, which is made with an offset center of gravity. The hydraulic anchor 2 is made in the form of a profile (for example, longitudinally corrugated) pipe connected to the valve 5. The guide surface 3 is made in the form of an inclined surface turning into a longitudinal groove 13 under the key 10 of the guide device 4. The guide device also contains a clip 8, hooks with shear screws, shaft 9 with key 10. Guide device 4 has mating surfaces formed by guide sleeve 14 and key 10 corresponding to inclined surface 3 and longitudinal groove 13 of the landing device .

Направляющее устройство содержит вал 15 со смещенным центром тяжести, соединенный с бурильной колонной (не показана, находится выше) через шпиндель 7 таким образом, что устройство с валом 15 может вращаться относительно колонны 6. Осевая опора 12 шпинделя 7, которая выполнена герметично, принимает осевую нагрузку и позволяет вращаться бурильной колонне и устройству (компоновка по фиг.1) относительно друг друга.The guide device comprises a shaft 15 with a displaced center of gravity connected to the drill string (not shown, located above) through the spindle 7 so that the device with the shaft 15 can rotate relative to the column 6. The axial support 12 of the spindle 7, which is hermetically sealed, receives an axial the load and allows the drill string and the device to rotate (layout of FIG. 1) relative to each other.

Шпиндель 7, с выполненным в нем осевым каналом, предназначен для предотвращения передачи вращения бурильной колонны на устройство (компоновку), не препятствуя при этом передаче осевого усилия к элементам компоновки, находящимся ниже шпинделя, а также позволяет прокачивать буровой раствор через элементы устройства для гидравлического заякоривания посадочного устройства 1.Spindle 7, with an axial channel made therein, is designed to prevent the rotation of the drill string from transferring to the device (layout), while not interfering with the transmission of axial force to the layout elements below the spindle, and also allows drilling fluid to be pumped through the elements of the hydraulic anchoring device landing device 1.

Направляющее устройство 4 включает средства для изменения взаимного расположения ответных поверхностей и вала 15 со смещенным центром тяжести: одна из поверхностей втулки 14 соответствует наклонной поверхности 3, а другая снабжена чередующимися выступами и пазами 16, взаимодействующими с чередующимися выступами и пазами поворотной втулки 11, жестко закрепленной на вале 9; втулка 14 выполнена с возможностью поворота на вале 9 и фиксации в зубчатом соединении с поворотной втулкой 11, посредством зажима 8, имеющей резьбовое соединение с валом 9.The guide device 4 includes means for changing the relative position of the counter surfaces and the shaft 15 with a shifted center of gravity: one of the surfaces of the sleeve 14 corresponds to an inclined surface 3, and the other is equipped with alternating protrusions and grooves 16, interacting with alternating protrusions and grooves of the rotary sleeve 11, rigidly fixed on the shaft 9; the sleeve 14 is made to rotate on the shaft 9 and fixation in a gear connection with the rotary sleeve 11, by means of a clamp 8 having a threaded connection with the shaft 9.

Соединение посадочного и направляющего устройства выполнено таким образом, что, после фиксации посадочного устройства, направляющее устройство может быть поднято на поверхность. Это может быть достигнуто, например, при использовании срезных средств крепления, а именно зацепов, зафиксированных с помощью срезных винтов (не показаны), обеспечивающих жесткое соединение посадочного устройства 1 и зажима 8 направляющего устройства 4.The connection of the landing and the guide device is made in such a way that, after fixing the landing device, the guide device can be lifted to the surface. This can be achieved, for example, by using shear fastening means, namely, hooks fixed with shear screws (not shown), providing a rigid connection of the landing device 1 and the clamp 8 of the guide device 4.

На фиг.2 показана компоновка клина-отклонителя 6 и направляющего устройства 4 со шпонкой 10, соориентированных относительно друг друга требуемым образом.Figure 2 shows the layout of the wedge-deflector 6 and the guide device 4 with the key 10, oriented relative to each other in the required manner.

Способ реализуют следующим образом.The method is implemented as follows.

Устройство спускают в скважину, где оно ориентируется под действием силы тяжести за счет вала 15 со смещенным центром тяжести. Внутри колонны для раздутия профильной трубы гидравлического якоря 2 создают необходимое давление жидкости, например, повысив давление в бурильном инструменте от 0 МПа до 10-14 МПа и выдержав в течение 5 минут, затем давление сбросить до 0 МПа. При этом профилированная труба 2 прижимается к стенкам скважины (не показаны). Надежность закрепления гидравлического якоря проверяется разгружая и натягивая бурильную колонну.The device is lowered into the well, where it is guided by gravity due to the shaft 15 with a displaced center of gravity. Inside the column for the expansion of the profile pipe of the hydraulic armature 2, the necessary fluid pressure is created, for example, by increasing the pressure in the drilling tool from 0 MPa to 10-14 MPa and keeping it for 5 minutes, then release the pressure to 0 MPa. In this case, the profiled pipe 2 is pressed against the walls of the well (not shown). The reliability of the hydraulic anchor is checked by unloading and pulling the drill string.

После фиксации посадочного устройства, создав осевое усилие, разрушают срезные винты, и направляющее устройство поднимается на устье скважины.After fixing the landing device, creating axial force, shear screws are destroyed, and the guiding device rises to the wellhead.

Отсосединяют вал 15 со смещенным центром тяжести и шпиндель 7. На их место, к валу 9, присоединяют клин-отклонитель 6 с фрезами (оконной и расширяющей, не показаны), закрепленными с помощью срезного винта.The shaft 15 with the shifted center of gravity and the spindle 7 are disconnected. In their place, to the shaft 9, a wedge-diverter 6 is attached with cutters (window and expansion, not shown), fixed with a shear screw.

Выставляют необходимый угол установки клина-отклонителя 6 относительно посадочного устройства 1 (относительно шпонки 10). Для этого откручивают зажим 8, зажимающий направляющую втулку 14, для создания зазора между ней и поворотной втулкой 11, после чего производят разъединение поворотной втулки 11 с направляющей втулкой 14 по выступам и пазам 16. Поворачивают направляющую втулку 14 вместе со шпонкой 10 на валу 9 относительно отклоняющей плоскости клина-отклонителя 6 на угол, составляющий разницу между проектным азимутом бурения бокового ствола и замеренного азимута, по которому направлен продольный паз 13. Закручивают зажим 8, тем самым фиксируя направляющую втулку 14 в соединении по выступам и пазам 16 с поворотной втулкой 11.Set the required installation angle of the wedge-deflector 6 relative to the landing device 1 (relative to the key 10). To do this, unscrew the clamp 8, clamping the guide sleeve 14, to create a gap between it and the rotary sleeve 11, after which the rotary sleeve 11 is separated from the guide sleeve 14 along the protrusions and grooves 16. The guide sleeve 14 is rotated together with the key 10 on the shaft 9 relative to the deflecting plane of the deflector wedge 6 by an angle making up the difference between the design azimuth of the sidetrack drilling and the measured azimuth along which the longitudinal groove 13 is directed. Clamp 8 is twisted, thereby fixing the guide sleeve 14 in connection with the protrusions and grooves 16 with the rotary sleeve 11.

Клин-отклонитель присоединяют к колонне и спускают всю компоновку в скважину, где производят ее посадку на посадочное устройство 1.The deflector wedge is attached to the column and the entire assembly is lowered into the well, where it is planted on the landing device 1.

Выполнение наклонной поверхности, переходящей в продольный паз под шпонку, позволяет при посадке на него направляющего устройства с ответной поверхностью, точно фиксировать шпонку, а значит устанавливать клин-отклонитель на заданное направление. Благодаря наклонной поверхности 3 шпонка 10, коснувшись пера (наклонная поверхность 3) направляющей втулки, скользит по ее поверхности, тем самым поворачивает всю компоновку и садится в шпоночный паз 13, при этом зацепы фиксируют направляющее устройство в посадочном. Посадку направляющего устройства в посадочное проверяют натяжением бурильного инструмента.The execution of the inclined surface, turning into a longitudinal groove under the key, allows you to precisely fit the key when fitting a guide device with a mating surface on it, which means that the wedge-deflector can be set in a given direction. Due to the inclined surface 3, the key 10, touching the pen (inclined surface 3) of the guide sleeve, slides along its surface, thereby turning the entire layout and sits in the keyway 13, while the hooks fix the guide device in the landing. Landing of the guide device into the landing is checked by the tension of the drilling tool.

Компоновки низа бурильной колонны, элементы которых показаны на фиг.1, 2, предназначены для установки клина-отклонителя 6 и фрезерования (вырезания бокового) окна в обсадной колонне, в скважинах с зенитным углом, превышающим 5°, за два спуска без применения инклинометра или телеметрической системы. Ориентация клина-отклонителя в скважине под действием силы тяжести позволяет ориентировать всю комповновку (посадочное устройство) относительно апсидальной плоскости и устанавливать посадочное устройство с малой погрешностью.Layout of the bottom of the drill string, the elements of which are shown in figures 1, 2, are designed to install the deflecting wedge 6 and milling (cutting the side) window in the casing, in wells with zenith angles exceeding 5 °, for two runs without the use of an inclinometer or telemetry system. Orientation of the deflecting wedge in the well under the action of gravity allows you to orient the entire arrangement (landing device) relative to the apsidal plane and install the landing device with a small error.

Предлагаемое устройство позволяет бурить многоствольные скважины с выходом каждого ствола из колонны в заданном направлении, делать зарезки боковых стволов и, по окончании работ, оставлять проходное сечение в скважине до забоя основного ствола, достаточным для всех работ по эксплуатации скважины. При необходимости клин-отклонитель впоследствии может быть извлечен. Элементы устройства (компоновки) могут быть изготовлены из разбуриваемых материалов, а клин-отклонитель изготовлен полым для доступа в основной ствол или низлежащие боковые.The proposed device allows you to drill multilateral wells with the exit of each wellbore from the column in a given direction, make sidetracking and, at the end of the work, leave the borehole cross section to the bottom of the main wellbore sufficient for all well operation. If necessary, the deflector wedge can subsequently be removed. The elements of the device (layout) can be made of drilled materials, and the deflector wedge is made hollow for access to the main trunk or the lower side.

Claims (6)

1. Устройство для установки клина-отклонителя, включающее посадочное устройство с гидравлическим якорем и с направляющей поверхностью и направляющее устройство с ответными поверхностями для взаимодействия с направляющей поверхностью посадочного устройства, причем направляющее устройство выполнено со смещенным центром тяжести и соединено с колонной через шпиндель с возможностью вращения относительно колонны, при этом посадочное и направляющее устройства выполнены с возможностью разъединения после фиксации посадочного устройства в скважине и извлечения на поверхность направляющего устройства, которое включает средства для изменения взаимного расположения ответных поверхностей, расположенных на валу направляющего устройства и связанного с ним вала со смещенным центром тяжести в заданном направлении, причем направляющее устройство выполнено с возможностью отсоединения от него вала со смещенным центром тяжести и шпинделя для установки на их место клина-отклонителя.1. A device for installing a deflector wedge, including a landing device with a hydraulic armature and with a guide surface and a guide device with counter surfaces for interacting with the guide surface of the landing device, the guide device being made with a displaced center of gravity and rotatably connected to the column through the spindle relative to the column, while the landing and guide devices are made with the possibility of separation after fixing the landing device borehole and removing to the surface of the guide device, which includes means for changing the relative position of the mating surfaces located on the shaft of the guide device and the associated shaft with a displaced center of gravity in a given direction, and the guide device is configured to detach a shaft with a displaced center of gravity from it and a spindle for installing a diverter wedge in their place. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединение посадочного и направляющего устройства выполнено при помощи срезных средств крепления.2. The device according to claim 1, characterized in that the connection of the landing and guide device is made using shear fastening means. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гидравлический якорь выполнен в виде профильной трубы, соединенной с клапаном.3. The device according to claim 1, characterized in that the hydraulic armature is made in the form of a profile pipe connected to the valve. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что направляющая поверхность выполнена в виде наклонной поверхности, переходящей в продольный паз.4. The device according to claim 1, characterized in that the guide surface is made in the form of an inclined surface, turning into a longitudinal groove. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что направляющее устройство имеет ответные поверхности, соответствующие наклонной поверхности и продольному пазу посадочного устройства.5. The device according to claim 4, characterized in that the guide device has mating surfaces corresponding to the inclined surface and the longitudinal groove of the landing device. 6. Способ установки клина-отклонителя в скважине, характеризующийся тем, что производят гидравлическую фиксацию посадочного устройства, сориентированного за счет использования направляющего устройства со смещенным центром тяжести, отсоединяют направляющее устройство и поднимают его на поверхность, задают направление вала со смещенным центром тяжести относительно ответной поверхности направляющего устройства, отсоединяют вал со смещенным центром тяжести и шпиндель, на их место устанавливают клин-отклонитель, опускают направляющее устройство в скважину и осуществляют его посадку на посадочное устройство. 6. The method of installation of the deflecting wedge in the well, characterized in that the hydraulic fixing of the landing device, oriented through the use of a guiding device with a displaced center of gravity, is made, the guiding device is disconnected and raised to the surface, the direction of the shaft with the displaced center of gravity relative to the counter surface is set guide device, disconnect the shaft with a displaced center of gravity and the spindle, install a deflector in their place, lower the guide stroystvo carried into the well and its landing on the landing gear.

Images