Ударный освобождающий инструмент переменной интенсивности, приводимый в действие выбранным давлением - RU2735679C2

Чертежи

Показать все 20 чертежа(ей)

Описание

Ссылка на связанные заявки

[0001] Настоящая заявка ссылается на приоритет заявки на патент США 62/301398, зарегистрированной 29 февраля 2016 г., все содержание которой включено в настоящий документ путем ссылки.

Сущность изобретения

[0002] Настоящее изобретение относится к комплекту элементов, содержащему воронкообразный элемент и по меньшей мере один деформируемый шар. Воронкообразный элемент имеет первую и вторую поверхности, соединенные проходом для перетекания текучей среды, имеющим конусообразную воронку, которая открывается к первой поверхности и соединяется с узкой шейкой, которая открывается к противоположной второй поверхности. Каждый из деформируемых шаров в недеформированном состоянии имеет такой размер, что шар находится в пределах воронки.

[0003] Кроме того, настоящее изобретение относится к ударной освобождающей системе (ясу). Эта система содержит длинную трубчатую колонну, которая идет под землю, и комплект элементов, описанный выше. Воронкообразный элемент вышеуказанного комплекта поддерживается под землей длинной трубчатой колонной, а указанный по меньшей мере один шар представляет собой один недеформированный шар, помещенный в пределах воронки воронкообразного элемента.

[0004] Кроме того, настоящее изобретение относится к способу освобождения застрявшей бурильной колонны посредством ударного освобождения. Способ включает шаги обеспечения наличия воронкообразного элемента, имеющего проход для перетекания текучей среды в бурильную колонну, блокирования первого конца указанного прохода для перетекания текучей среды деформируемым шаром и увеличения давления текучей среды на шар внутри бурильной колонны. Кроме того, способ включает шаги деформирования шара и удаления его из второго конца указанного прохода для перетекания текучей среды с быстрым выпуском находящейся под давлением текучей среды через проход для перетекания текучей среды и встряхиванием бурильной колонны.

Краткое описание чертежей

[0005] На фиг. 1 схематично показана бурильная система, сформированная из ряда связанных жестких трубчатых секций.

[0006] На фиг. 2 схематично показана бурильная система, сформированная из системы намотанных в бухту труб.

[0007] На фиг. 3 показан вид в перспективе яса согласно настоящему изобретению.

[0008] На фиг. 4 показан вид в перспективе воронкообразной муфты яса, показанного на фиг. 3.

[0009] На фиг. 5 показано поперечное сечение воронкообразной муфты, показанный на фиг. 4, плоскостью по линии В-В.

[0010] На фиг. 6 показан вид в перспективе приемной муфты яса, показанного на фиг. 3.

[0011] На фиг. 7 показано поперечное сечение приемной муфты яса, показанного на фиг. 6, плоскостью по линии С-С,

[0012] На фиг. 8 показано множество деформируемых шаров для использования в ясе. Шары показаны в недеформированном состоянии.

[0013] На фиг. 9 показано множество деформированных шаров, созданных при работе яса.

[0014] На фиг. 10 показано, как деформируемый шар располагается относительно воронкообразной муфты, показанной на фиг. 5, в последовательных стадиях процесса ударного освобождения.

[0015] На фиг. 11 показан вид в перспективе удлиненного картриджа для использования с ясом, показанным на фиг. 3.

[0016] На фиг. 12 показано поперечное сечение картриджа, показанного на фиг. 11, плоскостью по линии D-D.

[0017] на фиг. 13 показано поперечное сечение яса, показанного на фиг. 3, плоскостью по линии А-А. Картридж, показанный на фиг. 11, установлен внутри приемной муфты. Деформированные шары показаны внутри картриджа.

[0018] На фиг. 14 показан вид в перспективе части бурильной колонны, внутри которой установлен яс согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения. Для лучшей демонстрации компонентов части бурильной колонны срезаны.

[0019] На фиг. 15 показано сечение яса, показанного на фиг. 14, в вставленном положении внутри бурильной колонны. Закачивающая муфта и муфта на верхнем конце яса соединены с головной частью бурильной колонны.

[0020] На фиг. 16 показано другое сечение яса, показанного на фиг. 14, в другой конфигурации установки внутри бурильной колонны. Яс подвешен внутри бурильной колонны на тросе.

[0021] На фиг. 17 показано изображение с пространственным разнесением деталей яса, показанного на фиг. 15,

[0022] На фиг. 18 показано сечение яса, показанного в фиг. 15, плоскостью по линии Е-Е.

[0023] На фиг. 19 показан увеличенный вид в перспективе воронкообразной муфты яса, показанного на фиг. 17 и фиг. 18.

[0024] На фиг. 20 показано сечение воронкообразной муфты, показанной на фиг. 19, плоскостью по линии F-F,

[0025] На фиг. 21 показан увеличенный вид в перспективе муфты для выпуска текучей среды яса, показанного на фиг. 17 и фиг. 18.

[0026] На фиг. 22 показано сечение муфты для выпуска текучей среды, показанной на фиг. 21, плоскостью по линии G-G.

[0027] На фиг. 23 показано, как расположен деформируемый шар относительно яса, показанного на фиг. 18, в последовательных стадиях процесса ударного освобождения.

[0028] На фиг. 24 показано изображение с пространственным разнесением деталей яса согласно третьему варианту выполнения настоящего изобретения.

[0029] На фиг. 25 показан вид в перспективе яса, показанного на фиг. 24, в собранной конфигурации. Части воронкообразного элемента и втулочного элемента удалены для наглядности.

[0030] На фиг. 26 показано сечение яса, показанного на фиг. 24, в собранной конфигурации. Сечение взято по линии Н-Н, показанной на фиг. 24.

Описание изобретения

[0031] В операциях по бурению для добычи нефти и газа может возникнуть необходимость освобождения застрявшей бурильной колонны внутри скважины путем приложения ударной силы к бурильной колонне или к нижнему оборудованию бурильной колонны. На фиг. 1 схематично показана бурильная система 10, используемая в операциях по бурению при добыче нефти и газа. Бурильная система 10 содержит наземное оборудование 12, длинную последовательность труб или бурильную колонну 14 и бурильную головку 16. Наземное оборудование 12 находится на поверхности 18 земли. Бурильная колонна 14 и бурильная головка 16 показаны в скважине 20 под землей. Бурильная колонна 14 состоит из множества жестких трубчатых секций 21, скрепленных концами. Трубчатая секция 21 может содержать составную трубу или бурильную трубу. Бурильная труба бурильной колонны 14, как правило, используется при бурении начальной скважины 20 или при бурении глубоких скважин, поскольку способна, как правило, выдерживать большое давление. Составная труба бурильной колонны 14 может использоваться при бурении мелких скважин или при выполнении заключительных операций по бурению скважины. Составная труба бурильной колонны 14 может не выдерживать такого большого давления, как бурильная труба бурильной колонны 14.

[0032] Бурильная система 10 используется для продвижения бурильной колонны 14 и бурильной головки 16 вниз в скважину 20 во время бурильных работ путем вращения бурильной колонны 14 и бурильной головки 16. Нижний узел 22 бурильной колонны связан с нижним концом 24 бурильной колонны 14 до бурильной головки 16. Нижний узел 22 бурильной колонны 22 может содержать один или большее количество инструментов, используемых в бурильных работах, таких как двигатели для подачи бурильного раствора, телеметрическое оборудование, молотки и т.д.

[0033] На фиг. 2 схематично показана бурильная система 26, сформированная из системы намотанных в бухту труб и используемая в операциях по бурению при добыче нефти и газа. Бурильная система 26 из намотанных труб содержит наземное оборудование, расположенное на поверхности 18 земли. Наземное оборудование содержит катушку 28 с длинной трубчатой колонной или намотанной трубой 30, намотанной на бобину 32. Намотанная труба в общем случае представляет собой очень длинную металлическую трубу диаметром от 1 до 4 дюймов (2,5-10 см). Намотанную трубу 30 продвигают вдоль скважины 20 с использованием инжекторной головки 34. Нижний узел 36 бурильной колонны может быть связан с нижним концом 38 намотанной трубы. На фиг. 2 бурильная головка 40 связана с нижним узлом 36 бурильной колонны внутри скважины 20.

[0034] Система 26 намотанных труб может использоваться для бурения мелких скважин или выполнения завершающих операций по бурению. В отличие от бурильной трубы или составной трубы бурильной колонны 14 намотанная бурильная колонна 30 не вращается и выполнена из непрерывной последовательности труб. Это позволяет непрерывно подавать текучую среду в скважину 20 во время работы.

[0035] Устройство, способное прилагать резкое ударное усилие на застрявшую бурильную колонну 14 или намотанную бурильную колонну 30, обычно называют «яс». Ясы, известные в данной области техники, действуют механически или гидравлически. Эти ясы содержат движущиеся части и для работы их нужно установить или запустить. В некоторых случаях для установки яса необходимо переместить бурильную колонну 14 в обратном направлении. В системе 26 намотанных в бухту труб перемещение, необходимое для установки яса, заставляет 30 намотанную трубу перемещаться вперед-назад относительно головки 34 инжектора, расположенной на земной поверхности 18. Это может привести к поломке намотанной трубы 30. В других случаях яс может быть установлен до бурильных работ. В таком случае имеется риск, что оператор освободит и запустит яс неумышленно.

[0036] Настоящее изобретение относится к ясу, приводимому в действие давлением переменной интенсивности по выбору, который можно использовать в бурильной трубе, составной трубе или намотанной бурильной колонне 14, 30. Яс согласно настоящему изобретению описан ниже на примере трех вариантов 100, 200 и 300 выполнения настоящего изобретения. Яс 100, показанный на фиг. 3-13, может использоваться в бурильной трубе бурильной колонны 14. Яс 100 можно вставить прямо в бурильную трубу 14 бурильную колонну до начала бурения скважины 20.

[0037] Яс 200, показанный на фиг. 14-23, может быть вставлен в составную трубу бурильной колонны 14. Яс 200 может быть вставлен в соединенную трубу бурильной колонны 14 после того, как бурильная колонна уже находится внутри скважины 20.

[0038] Ясы 100 и 200 могут быть ввинчены или вставлены в любую желаемую часть бурильной колонны 14. Однако предпочтительно, чтобы ясы 100 и 200 были ввинчены или вставлены в нижний узел 22 бурильной колонны - выше двигателя или телеметрического оборудования. Чем ближе расположены ясы 100 и 200 к бурильной головке 16, тем эффективнее они работают.

[0039] Яс 300, показанный на фиг. 24-26, может использоваться с системой 26 намотанных труб. Яс 300 может быть присоединен к нижнему концу 38 намотанных труб бурильной колонны 30 непосредственно над нижним узлом 36 бурильной колонны. Как описано выше, в ясах 100, 200 и 300 используется одинаковый способ освобождения бурильной колонны 14, 30 или нижнего узла 22, 36 бурильной колонны из точки застревания внутри скважины 20.

[0040] На фиг. 3-13 более подробно показан яс 100, предназначенный для использования в бурильной трубе бурильной колонны 14. Яс 100 содержит воронкообразную муфту 102 и приемную муфту 104. Воронкообразная муфта 102 имеет цилиндрический внешний корпус 106, имеющий первый конец 108 и противоположный второй конец 110 (фиг. 4). Воронкообразная муфта 102 открывается на первом конце 108 и на втором конце 110. Приемная муфта 104 содержит удлиненный цилиндрический внешний корпус 112, имеющий первый конец 114 и противоположный второй конец 116. Приемная муфта 104 открывается на первом конце 114 и на втором конце 116.

[0041] Как на первом конце 108 воронкообразной муфты 102, так и на первом конце 114 приемной муфты 104 имеется внутренняя резьба 118 (фиг. 5 и 7). Аналогично, как на втором конце 110 воронкообразной муфты 102, так и втором конце 116 приемной муфты 104 имеется внешняя резьба 120 (фиг. 4 и 6). Второй конец 110 воронкообразной муфты 102 ввинчивается в первый конец 114 приемной муфты 104 (фиг. 3). Вместе воронкообразную муфту 102 и приемную муфту 104 можно ввинтить в бурильную трубу бурильной колонны 14.

[0042] Когда яс 100 ввинчен прямо в бурильную трубу бурильной колонны 14, яс 100 связан, с возможностью перетекания текучей среды, с бурильной трубой 14. Внешний корпус 106 и 112 яса 100 входит в контакт со сторонами скважины 20, как и остальная часть бурильной колонны 14, как только бурильную колонну опускают в скважину 20. Кроме того, яс 100 также вращается вместе с бурильной колонной 14 во время бурильных работ.

[0043] На фиг. 5 показано поперечное сечение воронкообразной муфты 102. Поперечное сечение идет вдоль плоскости, которая содержит линию В-В на фиг. 4. Воронкообразный элемент 122 сформирован в воронкообразной муфте 102 ниже внутренней резьбы 118. В воронкообразном элементе 122 имеется проход 124 для перетекания текучей среды, который открывается на первой поверхности 126 и противоположной второй поверхности 128. Первая поверхность 126 открывается в сужающуюся воронку 130. Воронка 130 сужается конусообразно и соединяется с узкой шейкой 132, которая открывается на второй поверхности 128 воронкообразного элемента 122. Вторая поверхность 128 воронкообразного элемента 122 открывается на втором конце 110 воронкообразной муфты 102. Воронка 130 имеет форму усеченного конуса с углом наклона приблизительно между 15 и 20 градусами. Предпочтительно этот угол составляет 17,5 градусов. Соединение между воронкой 130 и узкой шейкой 132 образует седло 134.

[0044] Текучая среда из бурильной трубы бурильной колонны 14 может войти в первый конец 108 воронкообразной муфты 102, пройти через воронкообразный элемент 122 и попасть в приемную муфту 104. На фиг. 7 показано поперечное сечение приемной муфты 104. Поперечное сечение идет вдоль плоскости, которая содержит линию С-С, показанную на фиг. 6. В приемной муфте 104 имеется приемная камера 136, которая открывается на нижней поверхности 138 прохода 140 для текучей среды. Проход 140 для текучей среды продолжается в бурильную колонну 14. Сам яс 100 не содержит движущихся частей. Когда яс 100 не задействован, он служит просто трубопроводом для текучей среды, проходящей в бурильной колонне 14 или нижнем узле 22 бурильной колонны. Яс 100 приводится в действие деформируемым шаром 142. Шар 142 и деформированный шар 144 показаны на фиг. 8-9.

[0045] На фиг. 10 показано, что для приведения в действие яса 100 шар 142 опускают или прокачивают вниз бурильной колонны 14. Диаметр шара 142 больше диаметра седла 134, сформированного в воронкообразном элементе 122. Таким образом, шар 142 остановится при перемещении через бурильную колонну 14, когда достигнет седла 134, сформированного в воронкообразном элементе 122. Когда шар 142 остановится внутри воронкообразного элемента 122, шар 142 заблокирует протекание текучей среды между воронкообразной муфтой 102 и приемной муфтой 104.

[0046] Если продолжается непрерывная накачка текучей среды вниз по бурильной колонне 14, то гидравлическое давление позади шара 142 и внутри части бурильной колонны 14, расположенной выше воронкообразной муфты 102, возрастает. По мере того, как гидравлическое давление внутри бурильной колонны 14 возрастает, бурильная колонна начнет удлиняться. В конечном счете, гидравлическое давление, толкающее шар 142, превысит давление, которое шар 142 способен выдержать. Это заставит шар 142 деформироваться и пройти через узкую шейку 132 воронкообразного элемента 122. Деформированный шар 144 может быть вытолкнут из воронкообразного элемента 122 со скоростью 22000-23000 футов/с (67,1-70,1 км/с).

[0047] Когда деформированный шар 144 выталкивается через воронкообразный элемент 122, текучая среда позади шара быстро выходит через узкую шейку 132 воронкообразного элемента 122. Текучая среда быстро выходит благодаря высокому гидравлическому давлению, созданному в бурильной колонне 14. Быстрый выход текучей среды вызовет внутри скважины 20 динамическое явление. Это динамическое явление характеризуется резкой волной по всей бурильной колонне 14, которая вызывает сильный толчок или вибрацию бурильной колонны 14 внутри скважины 20. В результате этой резкой волны, бурильная колонна 14 вернется в свое естественное состояние после удлинения вследствие гидравлического давления. Толчок или встряхивание бурильной колонны 14 приводит к смещению бурильной колонны 14 из точки застревания в скважине 20.

[0048] Яс 100 способен работать в двух направлениях. Это означает, что указанное динамическое явление способно обеспечивать толчок бурильной колонны 14 вверх от яса 100 и бурильной колонны или нижнего оборудования 22 бурильной колонны вниз от яса 100. Легкость смещения бурильной колонны 14 или нижнего оборудования 22 бурильной колонны из точки застревания может быть увеличена при использовании наземного оборудования 12, толкающего или тянущего бурильную колонну 14 в тот же момент, когда происходит толчок или вибрация бурильной колонны.

[0049] Если первое динамическое явление не смещает бурильную колонну 14 или нижнее оборудование 22 бурильной колонны из точки застревания, можно закачать второй шар 142 вниз по бурильной колонне 14, пока он не достигнет седла 134. Гидравлическое давление позади шара 142 вновь возрастет, пока не превысит то, которое способен выдержать шар, и шар 142 деформируется. Деформированный шар 144 выскакивает через воронкообразный элемент 122, вызывая быстрый выход текучей среды и второе динамическое явление внутри скважины 20. Этот процесс можно повторять столько раз, сколько необходимо, пока бурильная колонна 14 не сместится относительно точки застревания в скважине 20. Использование шаров 142 для приведения в действие яса 100 устраняет необходимость предварительной установки или взведения механизма яса. Таким образом, яс 100 не может быть непреднамеренно запущен внутри скважины.

[0050] Шары 142, используемые для запуска яса 100, могут иметь различные диаметры. Чем больше диаметр шара 142, тем большее гидравлическое давление требуется для деформации шара. Чем большее гидравлическое давление создается в внутри бурильной колонны 14, тем сильнее будет указанное динамическое явление. Таким образом, чем больше диаметр шара 142, тем сильнее указанное динамическое явление или толчок бурильной колонны 14 и нижнего оборудования 22 бурильной колонны, который будет иметь место внутри скважины 20.

[0051] Шары 142 предпочтительно являются твердыми и выполнены из нейлона, но могут быть изготовлены из любого материала, который способен деформироваться под действием гидравлического давления и выдерживает высокие температуры внутри скважины 20. Кроме того, шары 142 могут быть пористыми и могут быть покрыты материалом из наночастиц, состав которого является коммерческой тайной. Такой материал способен увеличить трение между шаром 142 и воронкообразным элементом 122. Чем больше трение между шаром 142 и воронкообразным элементом 122, тем большее гидравлическое давление требуется для продавливания шара через воронкообразный элемент. Благодаря этому материал из наночастиц помогают управлять скоростью, с которой деформированные шары 144 продавливаются через воронкообразный элемент 122.

[0052] Во время работы оператор, отвечающий за работу яса 100, как правило, имеет набор шаров 142 разного диаметра. Оператор может начать с посылки первого контрольного шара 142 вниз по бурильной колонне 14 для приведения яса 100 в действие. Контрольный шар 142 используется для получения информации об условиях внутри скважины 20. Это важно, потому что каждая скважина 20 может варьироваться по собственной глубине, и глубина яса 100 внутри скважины 20 в момент, когда бурильная колонна 14 застряла, может меняться. Вследствие этого шары 142 одного и того же размера могут создавать различные давления внутри каждой скважины 20.

[0053] В качестве контрольного шара оператор может использовать шар 142 любого размера. Например, в качестве контрольного шара оператор может выбрать шар 142 самого малого диаметра. Дело в том, что шар 142 самого малого диаметра создаст наименьшее динамическое явление, потому что деформируется при наименьшем гидравлическом давлении. После того, как контрольный шар 142 продавливается через воронкообразный элемент 122, и происходит толчок, оператор может попытаться переместить бурильную колонну 14 внутри скважины 20. Затем на основе величины перемещения бурильной колонны 14 оператор может определить, какого размера шар 142 использовать дальше. Например, сам контрольный шар 142 способен освободить бурильную колонну 14 или нижнее оборудование 22 бурильной колонны из точки застревания. Альтернативно, после использования контрольного шара 142 бурильная колонна 14 может вообще не переместиться. В таком случае может быть полезно взять шар 142 большего размера, который создаст большее динамическое явление внутри скважины 20. В качестве контрольного шара 142 может использоваться шар 142 большего размера, если оператор заранее знает, что для смещения бурильной колонны 14 из точки застревания потребуется более сильное сотрясение.

[0054] Оператор может определить величину давления, необходимую внутри скважины 20 для выдавливания шара 142 каждого из разных размеров, наблюдая за давлением на земной поверхности 18. Давление начнет возрастать, когда шар 142 войдет в пределы воронкообразного элемента 122, и давление снизится, как только деформированный шар 144 будет продавлен. Как только оператор определит давление, необходимое для деформации и продавливания контрольного шара 142 через воронкообразный элемент 122, оператор может определить приблизительное давление, необходимое для деформации и продавливания шаров других размеров.

[0055] На фиг. 11-12 показан удлиненный картридж 146. На фиг. 12 показано поперечное сечение удлиненного картриджа 146. Поперечное сечение идет вдоль плоскости, которая содержит линию D-D, показанную на фиг. 11. Удлиненный картридж 146 используется для захвата деформированных шаров 144 после того, как они вышли из воронкообразного элемента 102. Удлиненный картридж 146 может быть установлен в приемной камере 136 приемной муфты 104. Удлиненный картридж 146 содержит первую камеру 148 картриджа и вторую камеру 150 картриджа, которые смещены друг относительно друга в продольном направлении. Первая камера 148 картриджа открыта на первом конце 152 удлиненного картриджа 146 через окно 154. Вторая камера 150 картриджа открыта на втором конце 156 удлиненного картриджа 146 через отверстие 158 для текучей среды. Вторая камера 150 картриджа имеет по меньшей мере два окна 160, которые открываются по сторонам удлиненного картриджа 146. Окна 160 связаны с возможностью протекания текучей среды с приемной камерой 136.

[0056] На фиг. 13 показано поперечное сечение яса 100. Поперечное сечение идет вдоль плоскости, которая включает линию А-А, показанную на фиг. 3. Удлиненный картридж 146 установлен в приемной камере 136 приемной муфты 104 так, что второй конец 156 удлиненного картриджа 146 входит в контакт с нижней поверхностью 138 приемной камеры 136. Окно 154 первой камеры 148 картриджа расположено непосредственно под второй поверхностью 128 воронкообразного элемента 122. Деформированные шары 144, которые выходят из воронкообразного элемента 122, проходят через окно 154 и хранятся внутри первой камеры 148 картриджа.

[0057] Кроме того, на наружной поверхности удлиненного картриджа 146 вблизи его первого конца 152 сформирован ряд проходов 162 для текучей среды (фиг. 11). Проходы 162 для текучей среды помогают направлять текучую среду внутри приемной камеры 136 приемной муфты 104 в окна 160, которые ведут во вторую камеру 150 картриджа. Между каждым проходом 162 для текучей среды сформировано удлиненное плечо 164, показанное на фиг. 11 и фиг. 13. Удлиненные плечи 164 взаимодействуют со стенкой приемной камеры 136, направляя текучую среду в каждый проход 162 для текучей среды.

[0058] На фиг. 13 показано, что удлиненный картридж 146 установлен в приемной камере 136 так, что между второй поверхностью 128 воронкообразного элемента 122 и окном 154 первой камеры 148 картриджа имеется небольшое пространство 166.

Пространство 166 является достаточно большим, чтобы позволить текучей среде течь в приемную камеру 136, но достаточно малым, чтобы удерживать деформированные шары 144 от проникновения в приемную камеру. Деформированные шары 144 могут лишь пройти из воронкообразного элемента 122 в первую камеру 148 картриджа. Пространство 166 и проходы 162 для текучей среды образуют свободные зоны для протекания текучей среды из приемной камеры 136 во вторую камеру 150 картриджа.

[0059] Текучая среда может вытекать из воронкообразного элемента 122 через пространство 166 в приемную камеру 136. Удлиненные плечи 164 удлиненного картриджа 146 направляют текучую среду в проходы 162 для текучей среды. Проходы 162 для текучей среды направляют текучую среду из приемной камеры 136 в окна 160, сформированные во второй камере 150 картриджа. Текучая среда во второй камере 150 картриджа направляется в проход 140 для текучей среды приемной муфты 104. Проход 140 для текучей среды направляет текучую среду в бурильную колонну 14 и нижнее оборудование 22 бурильной колонны, расположенные ниже яса 100.

[0060] На фиг. 14-23 более подробно показан яс 200, предназначенный для использования в составной трубе бурильной колонны 14. В отличие от яса 100, яс 200 не может быть ввинчен непосредственно в бурильную колонну 14. Яс 200 формирует субколонну, которая входит в состав бурильной колонны 14 или нижнего оборудования 22 бурильной колонны, как показано на фиг. 14-16. Яс 200 может быть вставлен в бурильную колонну 14 или нижнее оборудование 22 бурильной колонны с использованием посадочной части 202 или фиксирующей оправки (не показана).

[0061] Посадочная часть 202 может быть ввинчена в бурильную колонну 14 или нижнее оборудование 22 бурильной колонны до начала бурильных работ. Посадочная часть 202 предназначена для приема яса 200. Посадочная часть 202 содержит кольцевое плечо 204 (фиг. 15-16), которое препятствует перемещению яса 200 дальше вниз по бурильной колонне 14. К ясу 200 может быть присоединена закачивающая часть 206. Закачивающая часть 206 может использоваться для опускания или проталкивания яса 200 вниз по бурильной колонне 14, пока он не войдет в соединение с посадочной частью 202.

[0062] Если посадочная часть 202 не входит в состав бурильной колонны 14, уже находящейся в скважине 20, яс 200 можно присоединить к фиксирующей оправке и затем повышением давления перемещать его вниз по бурильной колонне 14. Фиксирующая оправка может зафиксировать яс 200 в желаемом положении внутри бурильной колонны 14 или нижнего оборудования 22 бурильной колонны.

[0063] Кроме того, яс 200 можно опускать в бурильную колонну 14 на тросе 208 (фиг. 16). Если яс 200 опускают на тросе 208, в части 206 используется тросовое оборудование 210 вместо закачивающей части 206. Тросовое оборудование 210 соединено с тросом 208 на его первом конце 212, а яс 200 находится на его втором конце 214. Трос 208 идет между оборудованием 210 и земной поверхностью 18. Трос 208 используется для спуска или посылки тросового оборудования 210 и яса 200 вниз по бурильной колонне 14, пока оно не войдет в контакт с посадочной частью 202.

[0064] Альтернативно, к тросовому оборудованию 210 и ясу 200 можно присоединить фиксирующую оправку. В этом случае тросовое оборудование 210 посылает яс 200 и фиксирующую оправку вниз по бурильная колонне 14, пока они не достигают желаемого положения. Когда они окажутся в желаемом положении внутри бурильной колонны 14 или нижнего оборудования 22 бурильной колонны, фиксирующая оправка способна зафиксировать яс 200 на месте. Яс 200 может быть введен в состав бурильной колонны 14 или нижнего оборудования 22 бурильной колонны на земной поверхности 18 до начала бурильных работ.

[0065] На фиг. 17-18 яс 200 показан более подробно. На фиг. 17 показано трехмерное изображение яса 200, который содержит закачивающую часть 206. На фиг. 18 показано сечение яса, показанного на фиг. 15, по линии Е-Е. Кроме того, на фиг. 18 показано, что закачивающая часть 206 прикреплена к ясу 200. Яс 200 содержит часть 216, воронкообразную муфту 218, муфту 220 для выпуска текучей среды и приемную муфту 222. Части 216, 218, 220 и 222 соединены встык с формированием субколонны или яса 200. После соединения части 216, 218, 220 и 222 связаны с возможностью протекания текучей среды.

[0066] Закачивающая часть 206 показана соединенной с первым концом 224 яса 200. Закачивающая часть 206 содержит цилиндрический внешний корпус 226 с продольным внутренним проходом 228 для текучей среды (фиг. 18). Проход 228 для текучей среды открыт на первом конце 230 и противоположном втором конце 232 закачивающей части 206. На втором конце 232 закачивающей части 206 сформирована внешняя резьба 234. Внешняя резьба 234 входит в зацепление с внутренней резьбой 236, сформированной на первом конце 238 части 216 (фиг. 18).

[0067] Вокруг корпуса 226 закачивающей части 206 ближе к ее второму концу 232 расположен набор уплотнений или уплотнение 240 из клинообразных манжет. Как только яс 200 соединяется с посадочной частью 202, уплотнение 240 из клинообразных манжет препятствуют текучей среды протекать в пространство между ясом 200 и бурильной колонной 14. Это помогает поддерживать гидравлическое давление внутри бурильной колонны 14. Тросовое оборудование 210 также может содержать уплотнение 242 из клинообразных манжет (фиг. 16) вокруг внешнего корпуса, способствующее поддерживанию гидравлического давления внутри бурильной колонны 14. Аналогично, если вместо посадочной части 202 используется фиксирующая оправка, эта фиксирующая оправка может иметь уплотнение из клинообразных манжет, расположенное вокруг ее внешнего корпуса для поддерживания гидравлического давления внутри скважины 20.

[0068] Переходная муфта 216 используется для соединения с посадочным оборудованием 202 или фиксирующей оправкой. На наружной поверхности переходной муфты 216 имеется верхний фланец 244, средняя секция 246 и нижняя часть 248. Верхний фланец 244 сформирован близко к первому концу 238 переходной муфты 216 и имеет больший диаметр, чем средняя секция 246. Средняя секция 246 имеет больший диаметр, чем нижняя часть 248. Нижняя часть 248 сформирована близко ко второму концу 250 переходной муфты 216. Как показано на фиг. 15-16, средняя секция 246 соединяется с кольцевым плечом 204 в посадочной части 202, а верхний фланец 244 предотвращает перемещение переходной муфты 216 за кольцевое плечо 204. Переходная муфта 216 может иметь разные размеры и диаметр в зависимости от размера посадочной части 202, используемой во время бурильных работ. Если вместо посадочной части 202 используется фиксирующая оправка, переходная муфта 216 может навинчиваться на конец фиксирующей оправки.

[0069] В переходной муфте 216 имеется продольный внутренний проход 252 для текучей среды, который открывается на своем первом конце 224 и противоположном втором конце 250. Проход 252 для текучей среды расположен в линию с проходом 228 для текучей среды, выполненным в закачивающей части 206. Текучая среда из закачивающий части 206 проходит в проход 252 для текучей среды переходной муфты 216. Альтернативно, тросовое оборудование 210 может иметь проход для текучей среды (не показан), для пропускания текучей среды между оборудованием 210 и переходной муфтой 216. Аналогично, текучая среда может идти из прохода в фиксирующей оправке в переходную муфту 216.

[0070] На фиг. 19-22, воронкообразная муфта 218 и муфта 220 для выпуска текучей среды показаны более подробно. У муфты 220 для выпуска текучей среды имеется цилиндрический внешний корпус 254 и продольный внутренний проход 256 для текучей среды. Проход 256 для текучей среды показан на фиг. 22. На фиг. 22 показано поперечное сечение муфты для выпуска текучей среды, показанной на фиг. 21, вдоль плоскости, которая содержит линию G-G. В проходе 256 для текучей среды вблизи первого конца 260 муфты 220 для выпуска текучей среды сформировано кольцевое плечо 258. Воронкообразная муфта 218 садится в проход 256 для текучей среды, выполненный в муфте 220 для выпуска текучей среды. Кольцевое плечо 258 препятствует перемещению воронкообразной муфты 218 далее вниз по проходу 256 для текучей среды.

[0071] Наружная поверхность воронкообразной муфты 218 имеет верхний фланец 262 и нижнюю секцию 264. Верхний фланец 262 имеет больший диаметр, чем нижняя секция 264. Когда воронкообразная муфта 218 находится в проходе 256 для текучей среды муфты 220 для выпуска текучей среды, нижняя секция 264 воронкообразной муфты 218 входит в контакт с кольцевым плечом 258, а верхний фланец 262 предотвращает перемещение воронкообразной муфты 218 дальше кольцевого плеча 258. В переходной муфте 216 имеется внешняя резьба 266, которая входит в зацепление с внутренней резьбой 268 муфты 220 для выпуска текучей среды (фиг. 22). Переходная муфта 216 удерживает воронкообразную муфту 218 на месте в пределах муфты 220 для выпуска текучей среды путем резьбового соединения с внутренней резьбой 268 муфты 220 для выпуска текучей среды, как показано на фиг. 18.

[0072] Как и яс 100, воронкообразный элемент 270 сформирован в воронкообразной муфте 218. Воронкообразный элемент 270 показан на фиг. 20. На фиг. 20 показано поперечное сечение воронкообразной муфты, изображенной на фиг. 19, вдоль плоскости, которая содержит линию F-F. В воронкообразном элементе 270 имеется проход 272 для текучей среды, который открывается на первой поверхности 274 и противоположной второй поверхности 276. Первая поверхность 274 открывается в конусообразную воронку 278. Воронка 278 сужается по направлению внутрь и соединяется с узкой шейкой 280, которая открывается на второй поверхности 276 воронкообразного элемента 270. Воронка 278 имеет форму конуса, усеченного параллельными плоскостями, с углом наклона приблизительно между 15 и 20 градусами. Предпочтительно, этот угол равен 17,5 градусов. Соединение между воронкой 278 и узкой шейкой 280 формирует седло 282.

[0073] Когда воронкообразная муфта 218 находится в муфте 220 для выпуска текучей среды, текучая среда из переходной муфты 216 проходит через воронкообразный элемент 270 и в муфту 220 для выпуска текучей среды. Вокруг нижней секции 264 воронкообразной муфты 220 могут быть расположены кольцевой уплотнитель или уплотнение 284, чтобы препятствовать проходу текучей среды вокруг наружной поверхности воронкообразной муфты 218 и муфты 220 для выпуска текучей среды. Это способствует поддержанию гидравлического давления внутри бурильной колонны 14.

[0074] На фиг. 21-22 показано, что в муфте 220 для выпуска текучей среды имеется множество отверстий 286 для текучей среды, которые идут от прохода 256 для текучей среды к его внешнему корпусу 254. Когда текучая среда после прохождения через воронкообразный элемент 270 входит в муфту 220 для выпуска текучей среды, она может выйти через отверстия 286 для текучей среды. Текучая среда, вышедшая из части 220 для выпуска текучей среды, повторно поступает в бурильную колонну 14 (фиг. 14-16).

[0075] Кроме того, муфта 220 для выпуска текучей среды содержит внешнюю резьбу 288, сформированную на ее втором конце 289. Внешняя резьба 288 входит в зацепление с внутренней резьбой 290, сформированной на первом конце 291 приемной муфты 222 (фиг. 18). Приемная муфта 222 содержит цилиндрический внешний корпус 292 и удлиненную внутреннюю приемную камеру 293. Кроме того, приемная муфта 222 содержит внешнюю резьбу 294, сформированную на ее втором конце 295. Внешняя резьба 294 входит в зацепление с внутренней резьбой 296, сформированной в торцевой крышке 297. Приемная камера 293 ограничена торцевой крышкой 297. Приемная камера 293 связана, с возможностью протекания текучей среды, с проходом 256 для текучей среды муфты 220 для выпуска текучей среды.

[0076] На фиг. 23 более подробно показан запуск яса 200. Как только яс 200 установлен на месте в пределах бурильной колонны 14 или нижнего оборудования 22 бурильной колонны, яс 200 можно привести в действие. В ясе 200 можно использовать такие же шары 142, 144 и операции, как описанные при рассмотрении яса 100. Как и в ясе 100, для приведения в действие яса 200 деформируемый шар 142 посылают вниз в бурильную колонну 14. Шар 142 останавливается, как только достигает седла 282, сформированного в воронкообразном элементе 270. Шар 142 препятствует протеканию текучей среды из воронкообразной муфты 218 в муфту 220 для выпуска текучей среды. Гидравлическое давление действует на шар 142 до тех пор, пока не превысит давления, которое может выдержать шар. Как только давление, которое может выдержать шар 142, превышено, шар деформируется и проходит через узкую шейку 280 воронкообразного элемента 270. Деформированный шар 144 проходит через проход 256 для текучей среды части 220 для выпуска текучей среды и будет захвачен в пределах приемной камеры 293 приемной муфты 222.

[0077] Как только деформированный шар 144 выходит через узкую шейку 280 воронкообразного элемента 270, текучая среда быстро выходит из воронкообразного элемента 270 в муфту 220 для выпуска текучей среды. Как рассмотрено в отношении яса 100, быстрый выход текучей среды вызовет в скважине 20 динамическое явление. Это динамическое явление характеризуется сильным резким толчком или встряхиванием бурильной колонны 14 или нижнего оборудования 22 бурильной колонны, способным сместить бурильную колонну 14 или нижнее оборудование 22 бурильной колонны из точки застревания внутри скважины 20. Этот процесс можно повторять столько раз, сколько необходимо, чтобы бурильная колонна 14 или нижнее оборудование 22 бурильной колонны сместилось из точки застревания внутри скважины 20.

[0078] Текучая среда, вышедшая в проход 256 для текучей среды муфты 220 для выпуска текучей среды, может пройти через отверстия 286 для текучей среды и вернуться в бурильную колонну 14. Отверстия 286 для текучей среды имеют каплевидную форму. Каплевидная форма позволяет проходить через отверстия 286 текучей среде, но не деформированным шарам 144. Кроме того, каплевидная форма предотвращает застревание деформированных шаров 144 в отверстиях 286 и блокирование потока текучей среды. Деформированные шары 144 могут пройти из воронкообразного элемента 270 только в муфту 220 для выпуска текучей среды и в приемную муфту 222. Текучая среда, которая проходит назад в бурильную колонну 14 из отверстий 286, может течь вокруг наружной поверхности приемной муфты 222 и далее через бурильную колонну 14, как показано на фиг. 14-16.

[0079] На фиг. 24-26 более подробно показан яс 300, предназначенный для использования с системой 26 намотанных в бухту труб (фиг. 2). Яс 300 содержит воронкообразный элемент 302 и втулочный элемент 304. Втулочный элемент 304 содержит цилиндрический внешний корпус 306, который открывается на первом конце 308 и противоположном втором конце 310. Первый конец 308 втулочного элемента 304 соединен с концом намотанной бурильной трубы 30. Первый конец 308 втулочного элемента 304 может быть приварен к концу намотанной бурильной трубы 30. Альтернативно, можно использовать несколько зажимов для захвата и удерживания намотанной бурильной трубы 30 и первого конца 308 вместе.

[0080] На втором конце 310 втулочного элемента 304 имеется внешняя резьба 312. Внешняя резьба 312 может ввинчиваться во внутреннюю резьбу (не показана), сформированную в нижнем оборудовании бурильной колонны 36 и используемую в операциях 26 с намотанными трубами. Втулочный элемент 304 присоединяют к намотанной бурильной колонне 30 и нижнему оборудованию 36 до начала бурильных работ 26 с бурильной колонной.

[0081] Если намотанная бурильная колонна 30 или нижнее оборудование бурильной колонны 36 застряло внутри скважины 20 во время работы, можно собрать яс 300. Чтобы собрать яс 300, сначала опускают или проталкивают давлением воронкообразный элемент 302 по намотанной бурильной колонне 30. Воронкообразный элемент 302 имеет удлиненную коническую наружную поверхность 314. Воронкообразный элемент 302 может расположиться в пределах втулочного элемента 304, входя в первый конец 308 втулочного элемента 304. Втулочный элемент 304 предназначен для удерживания воронкообразного элемента 302 на месте внутри намотанной бурильной колонны 30.

[0082] Для проталкивания воронкообразного элемента 302 давлением по намотанной бурильной колонне 30 воронкообразный элемент 302 может быть вставлен в конец 31 намотанной бурильной колонны 30 на земной поверхности 18 (фиг. 2). Воронкообразный элемент 302 может быть прокачан через всю катушку 28 намотанной бурильной колонны 30 на бобине 32 на земной поверхности 18, пока этот воронкообразный элемент 302 не войдет в намотанную бурильную колонну 30 в пределах скважины 20. Воронкообразный элемент 302 прокачивают вниз по намотанной бурильной колонне 30 в скважину 20, пока воронкообразный элемент 302 не достигнет втулочного элемента 304. Воронкообразный элемент 302 может также быть вставлен во втулочный элемент 304 до начала бурильных работ.

[0083] На фиг. 25-26 яс 300 показан более подробно. На фиг. 25 показан вид в перспективе воронкообразного элемента 302, установленного внутри втулочного элемента 304. Некоторые части воронкообразного элемента 302 и втулочного элемента 304 удалены для наглядности. На фиг. 25 показано сечение воронкообразного элемента 302 внутри узкого втулочного элемента 304. Поперечное сечение идет вдоль линии Н-Н, показанной на фиг. 24. Во втулочном элементе 304 имеется внутренняя средняя точка 316. Вокруг внутренней окружности втулочного элемента 304 в средней точке 316 сформирована полка 318 (фиг. 25). Намотанная бурильная колонна 30 входит в первый конец 308 втулочного элемента 304 и соединяется с полкой 318. Ниже средней точки 316 начитается центральный втулочный проход 320. Втулочный проход 320 открывается на первой поверхности 322 внутри втулочного элемента 304 и на втором конце 310 втулочного элемента 304. Первая поверхность 322 открывается в кольцевом плече 324, которое сужается внутрь. Кольцевое плечо 324 соединяется с шейкой 326, которая открывает на втором конце 310 втулочного элемента 304.

[0084] Воронкообразный элемент 302 пройдет через втулочный элемент 304, пока не достигнет средней точки 316. Когда воронкообразный элемент 302 достигнет средней точки 316, коническая наружная поверхность 314 воронкообразного элемента 302 соединится с кольцевым плечом 324 втулочного прохода 320. Когда воронкообразный элемент 302 перемещается по втулочному проходу 320, он заклинивается внутри втулочного прохода 320. Это происходит потому, что верхняя часть воронкообразного элемента 302 имеет больший диаметр, чем шейка 326 втулочного прохода 320. Гидравлическое давление внутри намотанной бурильной колонны 30 будет удерживать воронкообразный элемент 302 заклиненным внутри втулочного прохода 320 во время работы.

[0085] Как в ясе 100 и 200, воронкообразный элемент 302 в ясе 300 имеет внутренний проход 328 для текучей среды, который открывается на первой поверхности 330 и противоположной второй поверхности 332. Первая поверхность 330 открывается в конусообразную воронку 334. Воронка 334 сужается по направлению внутрь и соединяется с узкой шейкой 336, которая открывается на втором конце 332 воронкообразного элемента 302. Воронка 334 имеет форму усеченного конуса с углом наклона приблизительно между 15 и 20 градусами. Предпочтительно этот угол составляет 17,5 градусов. Соединение между воронкой 334 и узкой шейкой 336 имеет форму седла 338.

[0086] Как только яс 300 собран, его можно привести в действие. Как и яс 100 и 200, яс 300 приводят в действие, посылая деформируемый шар 142 вниз по бурильной колонне 30. Такие же шары 142, 144 и операции, как описанные в отношении ясов 100 и 200, могут использоваться в ясе 300. Шар 142 останавливается, как только он достигает седла 338, сформированного в воронкообразном элементе 302. Шар 142 препятствует протеканию текучей среды из воронкообразного элемента 302 во втулочный проход 320 из втулочного элемента 304. Гидравлическое давление действует на шар 142, пока оно не превысит давление, которое может выдержать шар. Как только давление, которое может выдержать шар 142, превышено, шар деформируется и проходит через узкую шейку 336 воронкообразного элемента 302. Деформированный шар 144 проходит через втулочный проход 320 втулочного элемента 304 и может остаться внутри нижнего оборудования 36 бурильной колонны. Для удерживания деформированных шаров 144 в нижнее оборудование бурильной колонны 36 может быть включен экран (не показан), который, тем не менее, позволяет проходить текучей среде. Альтернативно, деформированный шар 144 может выходить через нижнее оборудование бурильной колонны 36 в скважину 20.

[0087] Как только деформированный шар 144 выходит через узкую шейку 336 воронкообразного элемента 302, текучая среда быстро выходит из воронкообразного элемента 302 во втулочный проход 320 втулочного элемента 304 и в нижнее оборудование 36 бурильной колонны. Как рассмотрено в отношении яса 100 и 200, быстрый выход текучей среды вызовет динамическое явление в скважине 20. Это динамическое явление характеризуется сильным резким толчком или встряхиванием намотанной бурильной колонны 30 или нижнего оборудования 36 бурильной колонны, способным сместить намотанную бурильную колонну 30 или нижнее оборудование 36 бурильной колонны из точки застревания внутри скважины 20. Этот процесс можно повторять столько раз, сколько необходимо, чтобы намотанная бурильная колонна 30 или нижнее оборудование 36 бурильной колонны сместилось из точки застревания внутри скважины 20

[0088] Ясы 100, 200 и 300 могут быть изготовлены из стали, алюминия, пластмассы, углеродного волокна или других материалов, подходящих для использования при добыче нефти и газа. Предпочтительно, ясы 100, 200 и 300 изготовлены из стали. Ясы 100, 200 и 300 могут также быть покрыты нитратом вольфрама для упрочнения наружной поверхности и предупреждения ржавления ясов со временем. Кроме того, в резьбе в ясах 100, 200 и 300 могут использоваться составы Loctite. Составы Loctite повышают надежность резьбовых соединений, предупреждая ситуацию, когда в ясах 100, 200 и 300 во время работы срывается резьба. Каждый из ясов 100, 200, и 300 можно легко демонтировать и хранить в переносном контейнере.

[0089] Яс 100, 200, 300 может быть собран из комплекта элементов. Такой комплект должен содержать по меньшей мере один воронкообразный элемент 122, 270, 302 и по меньшей мере один, а предпочтительно множество деформируемых шаров 142. В некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения комплект может дополнительно содержать по меньшей мере один втулочный элемент 304.

[0090] В других вариантах выполнения настоящего изобретения воронкообразный элемент 122, 270 из комплекта элементов может быть встроен в воронкообразную муфту 102, 218, а комплект элементов может дополнительно содержать приемную муфту 104, 222. Такой комплект элементов может также содержать по меньшей мере одну муфту 220 для выпуска текучей среды.

[0091] Хотя был подробно описан предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения, очевидно, что могут быть сделаны различные изменения, замены и модификации в объеме изобретения, который определяется пунктами формулы изобретения.

Реферат

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к способам и устройствам для освобождения прихваченных бурильных колонн. Способ включает обеспечение воронкообразного элемента, имеющего противолежащие первую и вторую поверхности, соединенные проходом для перетекания текучей среды, имеющим сужающуюся воронку, которая открывается на первой поверхности и соединена с узкой шейкой, которая открывается на противоположной второй поверхности, обеспечение по меньшей мере одного деформируемого шара, каждый из которых в недеформированном состоянии имеет такой размер, что шар удерживается в пределах воронки, опускание воронкообразного элемента в подземное положение внутри трубчатой колонны; опускание одного из деформируемых шаров в положение посадки в пределах воронки, повышение давления текучей среды внутри трубчатой колонны, пока деформируемый шар не деформируется и не будет вытолкнут через узкую шейку воронкообразного элемента, быстрый выпуск сжатой текучей среды через узкую шейку воронкообразного элемента, встряхивание трубчатой колонны, когда шар выталкивается через узкую шейку воронкообразного элемента. Трубчатые колонны, с которыми может использоваться инструмент, могут быть сформированы из бурильной трубы, составной трубы или системы намотанных в бухту труб. Быстрый выход текучей среды вызывает сильное сотрясение или вибрацию трубчатой колонны или нижнего оборудования бурильной колонны. Предотвращается поломка бурильных труб, несанкционированный запуск устройства, повышается надежность, регулируемость, исключается необходимость предварительной установки устройства. 7 н. и 1 з.п. ф-лы, 26 ил.

Формула