Конструкция, способ бурения нескольких подземных скважин, шаблон и способ использования направляющего приспособления для реализации способа - RU2107141C1
Код документа: RU2107141C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к добыче полезных ископаемых - жидкого топлива, а конкретно к средствам, обеспечивающим бурение скважин для добычи нефти: к шаблону и способу бурения нескольких подземных скважин из единственного вертикального или наклонного обсаженного бурового отверстия, а также для комплектования таких буровых скважин через раздельные обсадные трубы, расположенные в пределах бурового отверстия. Более конкретно, к шаблону и способу бурения и комплектования таких нескольких скважин, которые будут обеспечивать ремонтные операции, проводимые в одной скважине, тогда как жидкая среда, например, углеводороды, одновременно транспортируются из подземной формации и/или жидкая среда одновременно инжектируется в подземную формацию через другую скважину (скважины).
Известен способ бурения нескольких подземных скважин, реализованный в устройстве для проведения и крепления многозабойных скважин, согласно которому закрепляют на проходящей от поверхности земли первой обсадной трубе шаблон, имеющий по меньшей мере два расходящихся отверстия, бурят первую буровую скважину через одно из упомянутых отверстий в подземной формалин, прикрепляют первую производственную обсадную трубу к шаблону, производят бурение второй подземной буровой скважины через другое упомянутое отверстие шаблона и прикрепляют к шаблону третью производственную обсадную трубу [1].
Однако данный способ не обеспечивает требующейся скорости бурения дополнительных скважин, кроме того для него характерна сложная технология подачи в них обсадных труб.
Известен шаблон для бурения и комплектования нескольких подземных скважин из одной, включающий первое средство для направления буровых штанг и связанное с первым второе средство для крепления шаблона к первой обсадной трубе [1].
Шаблон по данному изобретению не обеспечивает бурение нескольких обсадных скважин от одной поверхности или промежуточной обсадной трубы.
Известен также способ использования направляющего приспособления при бурении с шаблоном нескольких подземных скважин, согласно которому производят позиционирование в пределах обсадной трубы трубчатого направляющего приспособления, автоматически совмещают упомянутое направляющее приспособление с одним из множества отверстий шаблона, через которое бурят первую буровую скважину, после чего автоматически совмещают направляющее приспособление с другим из множества отверстий шаблона и бурят вторую скважину [1].
Данный способ характеризуется сложной технологией процесса позиционирования, что увеличивает продолжительность периода бурения дополнительных скважин.
Известна конструкция подземных скважин, включающая первую буровую скважину, проходящую от поверхности земли до заранее заданной глубины, вторую буровую скважину, пробуренную от первой в первую подземную формацию, третью буровую скважину, пробуренную из первой скважины во вторую подземную формацию [2].
Данная конструкция не обеспечивает необходимой эффективности проводки дополнительных стволов скважин, а также не обеспечивает проведение ремонтных операций одной из скважин с одновременной подачей добываемых углеводородов по другой скважине.
Основной задачей, на решение которой направлена группа изобретений способ бурения нескольких подземных скважин, шаблон для бурения и комплектования нескольких подземных скважин, способ использования направляющего приспособления при бурении с шаблоном нескольких подземных скважин и конструкция подземных скважин, является создание способа бурения и комплектования нескольких скважин через одну поверхность или обсадную трубу с помощью специально разработанного для такой технологии шаблона, а также конструкцию скважины, позволяющей при проведении ремонтно-профилактических работ на одной из них, продолжать получать углеводороды из других скважин.
Техническим результатом настоящего изобретения является создание шаблона и усовершенствование способа бурения и комплектования нескольких скважин в пределах подземной формации через одну поверхность или промежуточную обсадную трубу, а также для комплектования таких нескольких скважин через раздельные обсадные трубы, расположенные через поверхность или промежуточную обсадную трубу.
Другим техническим результатом настоящего изобретения является также комплектование обсадных скважин таким образом, что ремонтные операции могут быть проведены на одной скважине, тогда как углеводороды из подземной формации одновременно поступают от других скважин, которые скомплектованы посредством раздельных обсадных труб, расположенных в пределах одной и той же поверхности или промежуточной обсадной трубы.
Следующим техническим результатом настоящего изобретения является создание шаблона и способа бурения нескольких обсадных скважин от единственной поверхности или промежуточной обсадной трубы.
Можно указать и на еще один технический результат настоящего изобретения, заключающийся в создании такого шаблона для бурения нескольких обсадных скважин от единственной поверхности или промежуточной обсадной трубы, который относительно прост по конструкции, обеспечивает раздельную зависимость обсадной трубы каждой многократной скважины от шаблона, а также обеспечивает прохождение к поверхности раздельной обсадной трубы каждой многократной скважины.
Поставленная задача с достижением упомянутого выше технического результата, решается тем, что в способе бурения нескольких подземных скважин, согласно которому закрепляют на проходящей от поверхности земли первой обсадной трубе шаблон, который имеет по меньшей мере два расходящихся отверстия, бурят первую буровую скважину через одно из упомянутых отверстий в подземной формации, прикрепляют первую производственную обсадную трубу к шаблону, производят бурение второй подземной буровой скважины через другое упомянутое отверстие шаблона и прикрепляют к шаблону третью производственную обсадную трубу, при этом в шаблоне выполняют по меньшей мере два проходящих через него в осевом направлении расходящихся буровых отверстия, а первую и третью производственные обсадные трубы располагают соответственно в упомянутых первом и втором буровых отверстиях с возможностью их поддержания посредством шаблона. А также тем, что создан шаблон для бурения и комплектования нескольких подземных скважин из одной, включающий первое средство для направления буровых штанг и связанное с первым второе средство для крепления шаблона к первой обсадной трубе, при этом первое средство выполнено в виде тела, имеющего первую и по меньшей мере одну вторую торцевые поверхности, а также множество аксиально проходящих через тело сквозных отверстий, каждое из которых пересекает первую и вторую торцевые поверхности.
Помимо шаблона для бурения и комплектования подземных скважин создан способ использования направляющего приспособления при бурении с шаблоном нескольких подземных скважин, согласно которому производят позиционирование в пределах обсадной трубы трубчатого направляющего приспособления, автоматически совмещают упомянутое направляющее приспособление с одним из множества отверстий шаблона, через которое бурят первую буровую скважину, после чего автоматически совмещают направляющее приспособление с другим из множества отверстий шаблона и бурят вторую скважину, при этом направляющее приспособление съемно прикрепляют к ориентирующему кулаку при введении в шаблон, после автоматического совмещения направляющего приспособления с одним из множества отверстий шаблона освобождают его от ориентирующего кулака и вставляют часть направляющего приспособления в одно из множества отверстий шаблона для бурения первой скважины, после чего удаляют упомянутую часть направляющего приспособления из первого отверстия шаблона и прикрепляют направляющее приспособление к ориентирующему кулаку для совмещения с другим из множества отверстий шаблона, освобождают направляющее приспособление от ориентирующего кулака и вставляют часть направляющего приспособления в другое отверстие шаблону для бурения второй буровой скважины, после чего удаляют из другого отверстия шаблона часть направляющего приспособления, которое прикрепляют к ориентирующему кулаку с возможностью съема, а затем удаляют направляющее приспособление и ориентирующий кулак из обсадной трубы.
Кроме того, поставленная задача решается также тем, что создана конструкция подземных скважин, включающая первую буровую скважину, проходящую от поверхности земли до заранее заданной глубины, вторую буровую скважину, пробуренную от первой в первую подземную формацию, третью буровую скважину, пробуренную из первой скважины во вторую подземную формацию, при этом она включает первую производственную обсадную трубу, проходящую через первую и вторую буровые скважины для осуществления жидкостной связи между первой подземной формацией и поверхностью земли, и вторую производственную обсадную трубу, проходящую через первую и третью буровые скважины для осуществления жидкостной связи между второй подземной формацией и поверхностью земли.
Графические материалы, использованные в описании, иллюстрируют предпочтительные примеры осуществления данного изобретения и совместно с описанием служат для пояснения принципов изобретения.
На фиг. 1 представлен общий вид предпочтительного примера выполнения шаблона; на фиг.2 - поперечное сечение предпочтительного примера осуществления шаблона по линии 2-2 на фиг.1; на фиг.3 - вид сверху предпочтительного примера осуществления шаблона; на фиг.4 - общий вид направляющего приспособления использованного совместно с шаблоном; на фиг.5 - 13 - частичные вырывы, схематические виды шаблона согласно изобретению, как он использован для бурения и комплектования многократных подземных скважин; на фиг.14 - разрез другого предпочтительного примера осуществления шаблона; на фиг.15 - конфигурация периферийных концевых поверхностей шаблона, показанного на фиг.6; на фиг. 16 - общий вид еще одного примера выполнения шаблона, снабженного паркерной сборкой; на фиг.17 - разрез другого предпочтительного примера осуществления шаблона; на фиг. 18 - другое поперечное сечение предпочтительного примера выполнения шаблона; на фиг.19 - вид снизу на расположение отверстий в торцевой поверхности 114 шаблона 10, показанного на фиг.12; на фиг.20 - шаблон 100, сочлененный с секцией направляющей или обсадной трубы; на фиг.21 - общий вид ориентирующего кулака, используемого в направляющем приспособлении; на фиг. 22 - разрез ориентирующего приспособления с ориентирующим кулаком, связанным с шаблоном; на фиг.23 - развертка на 360o внешней поверхности ориентирующего кулака; на фиг.24 - еще один пример выполнения шаблона с раздельной торцевой поверхностью; на фиг.25 - еще один пример выполнения шаблона с тремя отверстиями; на фиг.26 - вид снизу на пример выполнения шаблона на фиг.17; на фиг.27 - пример выполнения шаблона из нескольких секций; на фиг. 28 - разрез шаблона, выполненного из нескольких секций; на фиг.29 - сечение шаблона, изображенного на фиг.19 с иллюстрацией средств крепления секций; на фиг.30 - крепление трубчатых элементов на каждой боковой стороне I-образной пластины; на фиг.31 - крепление трубчатых элементов на каждой боковой стороне H-образной пластины; на фиг.32 - пример выполнения шаблона с отверстиями 320 и 330 идентичными по длине.
Как видно из фиг.1, шаблон с несколькими отверстиями показан общей поз. 10 и включает первое средство в виде тела цилиндрической периферийной конфигурации для удобства размещения в пределах обсаженной буровой скважины, как описано ниже. Хотя он показан в общем случае цилиндрическим, шаблон 10 может иметь и другие периферийные конфигурации в зависимости от его конструкции, как это широко используется в данной области техники. Шаблон 10 имеет две торцевые поверхности 12, 14 и два, в общем случае цилиндрических, буровых отверстия 20, 30 через него. Каждое отверстие 20,30 пересекает обе торцевые поверхности 12,14 шаблона 10. Предпочтительно в основном полный диаметр каждого отверстия 20 и 30 пересекает обе торцевые поверхности 12 и 14. Хотя каждая торцевая поверхность 12,14 показана на фиг.1 как плоская, специалистам в данной области техники очевидно, что торцевые поверхности 12 и/или 14 могут быть не плоскими, например, вогнутыми в форме желоба, в пределах объема изобретения, первая торцевая поверхность 12 наклонена для выполнения установки шахтного ствола и обсадной трубы в буровое отверстие 20 для целей бурения и комплектования, как это будет описано ниже.
Предпочтительно, торцевая поверхность 12 снабжена гнездом (гнездами) 19 (фиг. 3) для обеспечения индикации оператору на поверхности, направляющее приспособление 40 вставлено в буровое отверстие 20 или 30 способом, описанным ниже. Один конец шаблона 10 имеет второе средство, выполненное в виде втулки 16, которая снабжена внутренней винтовой резьбой 17.
Как показано на фиг.2, буровые отверстия 20 и 30 проходят через и смещены вдоль всей осевой длины шаблона 10. Каждой из отверстий 20 и 30 имеет первые ступени 21, 31, вторые ступени 23, 33 и третьи ступени 25, 35 соответственно. Первые и вторые ступени отверстий 20,30 определяют круговые бурты 22, 32 между ними, а вторые и третьи ступени отверстий 20, 30 определяют круговые бурты 24, 34 между ними. Буровые отверстия 20, 30 размещены расходящимися между собой от торцевой поверхности 12 по направлению ко второй торцевой поверхности 14 (фиг. 2 и 3). Подобная расходимость обычно не должна превышать 2o по всей длине шаблона 10 и предпочтительно составляет менее 1o. Одноходовый клапан 26, например, подпружиненный поплавковый клапан, закреплен в пределах третьей ступени 25 с помощью любых подходящих средств, например, посредством сварки, а заглушка 36 в третьей ступени 35 обеспечивает уплотнение жидкой среды в буровом отверстии 30.
Шаблон 10 может быть цельным или изготовлен из нескольких секций, которые скреплены совместно любыми подходящими средствами: винтовой резьбой, кулачковыми запорами или сваркой, а также уплотнены совместно, например, при помощи O-образных колец. Шаблон 10 предпочтительно выполнен из металла или сплава, которые выбраны с учетом нагрузок и давлений, которые могут возникать в обсадной трубе в процессе эксплуатации. Обычно шаблон 10 имеет длину примерно от 15 футов до 60 футов или более.
Типичное направляющее приспособление 40 показано на фиг.4, содержит несколько круговых уплотнений 42, таких как O-образные кольца, расположенные вблизи внешней поверхности около его одного конца, обеспечивая уплотнительную секцию 41. Втулка 43 прикреплена к приспособлению 40 вблизи уплотнительной секции 41 для обеспечения позиционирования последней в пределах отверстий 20 и 30, как это описано ниже. Предпочтительно нижняя поверхность втулки 43 снабжена выступом (выступами) (не показано), которые соответствуют числу гнезд 19 на торцевой поверхности 12. Кроме того, край втулки 43 может быть снабжен щелью изменяющейся ширины, а поверхность или промежуточная обсадная труба 50 - шпонкой или захватом. При этом зацепление шпонки или захвата такой щелью будет оказывать помощь при ориентации направляющего приспособления 40 при его установке в любом из буровых отверстий 20 и 30.
При эксплуатации шаблон 10 прикреплен к нижней части поверхности или промежуточной обсадной трубе 50 при помощи винтовой резьбы 17 на втулке 16. Как показано на фиг.5, поверхность или промежуточная обсадная труба 50 с шаблоном 10, прикрепленным к ее нижней части, расположена в пределах буровой скважины 54 и анкерно закреплена в последней при помощи цемента 53. Буровая скважина может быть выполнена вертикально или наклонно. Поверхность или промежуточная обсадная труба 50 проходит к поверхности 51 Земли, тем самым определяя головную часть 52 скважины. В соответствии с настоящим изобретением трубчатое направляющее приспособление опущено в пределах обсадной трубы до тех пор, пока уплотнительная секция 41 (фиг.4) не будет расположена в пределах первой ступени 21 бурового отверстия 20. Наклон торцевой поверхности 12 шаблона 10 совместно с втулкой 43 обеспечивает направление уплотнительной секции 41 приспособления 40 в буровое отверстие 20. Когда приспособление 40 расположено в пределах шаблона 10, жидкая среда, например, буровой шлам, инжектируется в приспособление 40, подтверждая, что ствол ориентирован во входное отверстие 20. В случае возрастания давления жидкой среды на поверхности такое увеличение будет показывать, что направляющее приспособление 40 расположено в пределах бурового отверстия 30, содержащего заглушку 36, и приспособление 40 должно быть выведено из шаблона и установлено в пределах отверстия 20.
Когда приспособление 40 должным образом расположено в пределах отверстия 20, обсадная труба 50 зацементирована в пределах буровой скважины 54 обычными методами. Обычные буровые штанги, включающие буровые головки и погружной 5 двигатель (не показано), транспортируются в пределах приспособления 40 в отверстии 20 шаблона 10, причем клапан 26 и цемент, если они имеются, пробуриваются из отверстия 20. После этого пробуривается первая скважина 60 с помощью буровых штанг и бурового раствора, циркулирующего из буровой скважины 60 к поверхности 51 через направляющее приспособление 40. Хотя на фиг.6 она показана отклоненной, первая буровая скважина 60 может быть также пробурена в вертикальной ориентации. После этого буровые штанги выводятся из приспособления 40, и обсадная труба 62 опускается через него и закрепляется на шаблоне 10 и, таким образом, на поверхности или промежуточной обсадной трубе 50 при помощи обычного гильзового подвесного кронштейна 64. В предпочтительном примере осуществления гильзовый кронштейн 64 расположен на круговом бурте 24 и поддерживается последним (фиг.57). Гильзовый подвесной кронштейн 64 включает расширенный паккер 65 для уплотнения кругового зазора между кронштейном и буровым отверстием 20, а также расширенные скреперы 67 для содействия закреплению кронштейна 64 в пределах второй ступени 23 бурового отверстия 20. В зависимости от общей нагрузки, выдерживаемой круговым буртом 24, скрепперы 67 могут не требоваться при поддержании такой нагрузки. Обсадная труба 62 может быть зацементирована в пределах первой буровой скважины 60. Затем направляющее приспособление 40 выводится из отверстия 20, поворачивается и вставляется в отверстие 30 шаблона 10. Предпочтительно торцевая поверхность 12 снабжена гнездом (гнездами) 19 (фиг.3), а нижняя поверхность втулки 43 - соответствующим выступом (выступами) (не показаны), которые согласованы с гнездами 19 для того, чтобы показать оператору на поверхности, что направляющее приспособление 40 вставлено в отверстие, которое снабжено заглушкой 36 (как показано, отверстие 30). Затем буровые штанги транспортируются через приспособление 40 в отверстии 30, и заглушка 36 пробуривается. Буровые штанги проходят через отверстие 30, и пробуривается вторая скважина 70 (фиг.8). После этого буровые штанги выводятся из направляющего приспособления 40, и обсадная труба 72 опускается через приспособление 40 и прикрепляется к шаблону 10, и таким образом, к поверхности или промежуточной обсадной трубе 50 при помощи обычного гильзового подвесного кронштейна 74, включающего расширенные пакер 75 и скреперы 77. Гильзовый кронштейн 74 уплотнен и поддержан круговым буртом 34, тогда как пакер 75 расширен для уплотнения кольцевого зазора между гильзовым кронштейном и буровым отверстием 30, а скреперы 77 могут быть расширены, когда необходимо оказать содействие в закреплении кронштейна 74 в пределах второй ступени 33 отверстия 30 (фиг.9). Обсадная труба также может быть зацементирована в пределах второй буровой скважины 70. Шаблон в соответствии с изобретением может быть использован в процессе бурения скважины с береговых буровых вышек и/или прибрежных буровых платформ.
После того, как первое и второе буровые отверстия 60,70 пробурены и опалублены, направляющее приспособление 40 выводится от поверхности или промежуточной обсадной трубы 50, и производственные обсадные трубы 66, 76 последовательно с уплотнением прикрепляются к обсадной трубе 62, 72 или буровым отверстиям 20, соответственно (фиг.11 и 12) при помощи уплотнений, прикрепленных и расположенных вокруг нижнего конца обсадных труб 66 и 76. Обсадные трубы 66, 76 прикреплены и поддержаны на головной части 52 скважины при помощи обычной системы разрезной подвески (не показана) и имеют раздельные соединения головных частей или стволов при помощи трубчатой шпули (не показаны). После этого обсадные трубы 62, 72 сообщаются с несущей углеводороды подземной формацией посредством известных средств, например, перфорации, и углеводороды могут быть получены от формации к поверхности через трубы 62, 66 и/или обсадные трубы 72, 76 (фиг.12). В зависимости от области применения обычные производственные трубы 68, 78 (фиг.13) могут быть вставлены в обсадные трубы 62, 72. Обычный пакер 69, 79 может быть использован для уплотнения кругового зазора между такой производственной трубой и обсадной трубой против потока жидкой среды, обеспечивая получение углеводородов к поверхности через производственную трубу. При комплектовании таким образом в соответствии с настоящим изобретением ремонтная операция, включающая рекомплектацию и боковое слежение, может быть выполнена в одной скважине, при этом углеводороды одновременно могут быть получены из другой скважины. Кроме того, жидкая среда может быть инжектирована в подземную формацию через одну скважину, тогда как углеводороды получают из той же или другой подземной формации через другую скважину.
Другой предпочтительный пример осуществления шаблона 10 согласно изобретению иллюстрирован на фиг. 14, имеет наклонную в общем плоскую торцевую поверхность 12 и два, обычно цилиндрических, отверстия 20, 30 через нее. Однако размеры плоской торцевой поверхности 14 уменьшены, и шаблон 10 сформирован с раздельной торцевой поверхностью 13, которую пересекает буровое отверстие 30. Поверхность 11 размещена между торцевыми поверхностями 13, 14 и используется для направления буровых штанг и обсадной трубы, которая вставлена через отверстие 30 в стороне торцевой поверхности 14 и первого бурового отверстия 60. В данном примере буровое отверстие 30 короче для обеспечения части подземной формации между торцевыми поверхностями 13, 14, в пределах которой буровые штанги выходят из отверстия 30, отключенной, обеспечивая дальнейшее уменьшение вероятности взаимодействия между буровыми отверстиями, которые пробурены и укомплектованы в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 16 показан шаблон 10, снабженный обычной паккерной сборкой 80, которая расположена около и прикреплена по ее периферии, предпочтительно на верхнем конце шаблона 10, как он расположен в пределах бурового отверстия 54. Паккерная сборка 80 содержит расширяемые круговые эластомерные элементы 82 и скреперные элементы 84. В этом примере шаблон 10 по размерам соответствует установке в пределах обсадной трубы, и таким образом, может быть опущен при помощи буровых штанг, трубчатых штанг или проволочной линии (не показан) в пределах поверхности или промежуточной обсадной трубы 50, которая предварительно зацементирована в буровой скважине 54. При расположении около самого нижнего конца обсадной трубы 50 скрепперы 84 и элементы 82 последовательно расширялись при зацеплении с поверхностью или промежуточной обсадной трубой 50 при помощи обычных средств, обеспечивая в результате закрепление шаблона 10 в пределах поверхности или промежуточной обсадной трубы 50 и уплотнение кругового зазора между ними. Скреперы 84 по своим размерам и конфигурации поддерживают не только шаблон 10, но также производственные обсадные трубы 62, 66, 72 и 76.
Еще один пример осуществления шаблона 10 согласно изобретению иллюстрирован на фиг. 17, где каждая вторая ступень 23, 33 буровых отверстий 20, 30 соответственно имеет приемлемый профиль 28, 38, в которых могут быть размещены скреперы гильзового подвесного кронштейна при зацеплении с ним. В этом примере скреперы 67, 77 гильзовых кронштейнов 64, 74 смещены во внешнюю сторону, например, при помощи пружины (не показано). Таким образом, скреперы 67, 77 будут автоматически расширены при зацеплении с профилями 28, 38 соответственно, когда гильзовые подвесные кронштейны 64, 74 опущены через отверстия 20, 30.
Зацепление скреперов 67, 77 в пределах профилей 28, 38 будет достаточным для поддержания гильзовых кронштейнов и производственных обсадных труб. В этом примере буровые отверстия 20, 30 не снабжены третьими ступенями 25, 35, тем самым увеличиваются диаметры буровых отверстий 60 и 70, которые могут быть пробурены с использованием шаблона 10.
Другой пример осуществления настоящего изобретения в виде шаблона иллюстрирован в общем поз.100 на фиг.18 и 19. Шаблон имеет две торцевые поверхности 112, 114 и два буровых отверстия 120, 130 через них. Торцевая поверхность 112 сформирована с вогнутыми выемками 115, 116, окружающими пересечение буровых отверстий 120, 130 соответственно с торцевой поверхностью 112. Отверстия 120 и 130 проходят и смещены вдоль полной осевой длины шаблона 100. Каждое из отверстий 120 и 130 снабжено первыми ступенями 121, 131, вторыми ступенями 123, 133 и третьими ступенями 124, 135 соответственно. Первые и вторые ступени отверстий 120, 130 определяют круговые бурты 122, 132 между ними, вторая и третья ступени отверстий 120, 130 определяют круговые бурты 124, 134, между ними. Первые ступени отверстий 120, 130 снабжены резьбовыми секциями 127, 137. Как иллюстрировано, отверстия 120, 130 размещены таким образом, что расходятся одно от другого от торцевой поверхности 112 по направлению к торцевой поверхности 114 (фиг.19). Такая расходимость обычно не должна превышать 2o по всей длине шаблона 100 и предпочтительно составляет менее 1o. Одноходовой клапан 126, например, подпружиненный поплавковый клапан, закреплен в пределах третьей ступени посредством любых известных средств, например, сварными швами, а заглушка 136 закреплена в пределах третьей ступени 135 для обеспечения уплотнения жидкой среды в отверстии 130. Шаблон 100 может быть цельным или выполненным из нескольких секций, которые скреплены совместно при помощи известных средств, например винтовой резьбой, кулачковыми запорами и сварным швом, а также уплотнены совместно при помощи, например, О-образных колец. Шаблон 100 может быть выполнен из металла или сплавов, которые выбраны с учетом нагрузок и давлений, возникающих в обсадной трубе в процессе эксплуатации.
Как показано на фиг.20 шаблон 100 прикреплен к секции направляющей поверхности или промежуточной обсадной трубы 90 посредством известных средств, например, резьбы или сварных швов. Обсадная труба 90 снабжена проходящим внутрь захватом или ключом 92.
Ориентирующий кулак 143 снабжен аксиально смещенным сквозным отверстием 145 через него (фиг.22) и в свою очередь имеет резьбу 146 на его верхнем конце, на котором съемно закреплен трубчатый корпус 150. Корпус 150 снабжен расширяющимся блокировочным кольцом 152, имеющим резьбовой внутренний диаметр 153 и расположенным в пределах периферийно проходящего паза в отверстии 145. Блокировочное кольцо 152 выполнено разрезным для обеспечения расширения, когда изделие достаточного диаметра вставлено через кольцо. Резьба 141 и/или резьбовой внутренний диаметр 153 могут быть конусными для обеспечения их полного зацепления. Направляющее приспособление 140 изображено с множеством круговых уплотнений 142, например, уплотнительных колец из молибденового стекла, и втулкой 144, имеющей множество пальцев 146. Каждый палец смещен во внешнюю сторону и соответствующая часть внешней поверхности каждого пальца имеет резьбу. Выше втулки 144 внешняя поверхность приспособления 140 снабжена резьбой 141. Когда кулак 143 и направляющее приспособление 140 собраны для введения в буровое отверстие, резьбовая секция 141 приспособления 140 входит в зацепление с внутренней резьбой блокировочного кольца 152.
Как показано на фиг. 21 и 23 внешняя поверхность кулака 143 снабжена щелью 148 формы J-4, которая совместно с ключом 92 обеспечивает ориентацию направляющего приспособления 140 при вставлении его в отверстие 120, либо 130.
При работе шаблон 100 закрепляется снизу поверхности или промежуточной обсадной трубы 90, располагается и цементируется в пределах буровой скважины 54, например, способом, показанным на фиг.54. Направляющее приспособление 140 и ориентирующий кулак 143 опускаются в пределах поверхности или промежуточной обсадной трубы 90 до тех пор, пока ключ 92 не будет контактировать со щелью 148 на внешней поверхности кулака 143. Наклонные поверхности щели 148 будут обеспечивать поворот кулака 143 и приспособления 140 до тех пор, пока ключ 92 не переместится в положение 148а, как показано на фиг.23. Ориентированное таким образом направляющее приспособление 140 будет выравнено с отверстием 120. Поворот приспособления 140 от поверхности будет вызывать расцепление резьбовой внешней поверхности 141 приспособления 140 от резьбового внутреннего диаметра 153 расширяемого блокировочного кольца 152. Затем приспособление 140 опускается в отверстие 120 шаблона 100 до тех пор, пока пальцы 147 втулки не войдут в зацепление с резьбовой секцией 127 отверстия 120. Когда пальцы втулки залеплены в шаблоне, направляющее приспособление прикрепляют к головной части скважины. После этого пробуривалась первая скважина 60 и она снабжалась обсадной трубой 62, аналогично описанному выше в отношении шаблона 10, что иллюстрировано фиг.6 и 7.
Направляющее приспособление 140 освобождается от головной части скважины, помещается при натяжении и поворачивается для расцепления резьбовых внешних поверхностей пальцев 147 втулки от резьбовой секции 127 отверстия 120, обеспечивая таким образом поднятие направляющего приспособления 140 в кулаке 143 и закрепление путем автоматического зацепления резьбовой внешней поверхности 141 приспособления 140 с резьбовым внутренним диаметром 153 расширяющегося блокирующего кольца 152. Затем приспособление 140 поднимается от поверхности, и зацепление ключа 92 в пределах щели 148 обеспечивает автоматический поворот приспособления и кулака 143 до тех пор, пока ключ 92 не займет положение 148 в пределах щели 148. Последовательное опускание направляющего приспособления 140 обеспечивает его поворот и кулака до тех пор, пока ключ 92 не будет расположен в положении 148с в пределах щели 148. При такой ориентации приспособление 140 будет выравнено с отверстием 130. Поворот приспособления 140 от поверхности будет обеспечивать резьбовое расцепление резьбовой внешней поверхности 141 приспособления 140 от резьбового внутреннего диаметра 153 расширяющегося блокировочного кольца 152. Затем приспособление 140 опускается в отверстие 130 шаблона 100 до тех пор, пока пальцы 147 втулки не войдут в зацепление с резьбовой секцией 137 отверстия 130. Когда пальцы втулки зацеплены в шаблоне, направляющее приспособление прикрепляется к головной части скважины. После этого вторая скважина 70 пробуривается и снабжается обсадной трубой 72 аналогично описанному выше в отношении шаблона 10 и иллюстрированному на фиг.8 и 9. Направляющее приспособление 140 освобождается из головной скважины, помещается при натяжении и поворачивается для расцепления резьбовых внешних поверхностей пальцев 147 втулки от резьбовой секции 137 отверстия 130, в результате чего обеспечивается поднятие приспособления 140 в кулаке 143 и прикрепление к нему путем автоматического зацепления резьбовой внешней поверхности 141 приспособления 140 с резьбовым внутренним диаметром 153 расширяющегося блокировочного кольца 152. Приспособление поднимается, а зацепление ключа 92 в пределах щели 148 обеспечивает вывод ключа 92 из щели 148 и поднятие приспособления 140 и ориентирующего кулака 143 к поверхности.
Производственные обсадные трубы 66, 76 после этого прикрепляются к обсадным трубам 62, 72 или буровым отверстиям 120, 130 способом, соответствующим описанному выше в отношении шаблона 10 и иллюстрированному на фиг.10 и 12. Как отмечалось выше, обсадные трубы 62, 72 размещены при жидкостной связи с подземной формацией, несущей углеводороды, посредством любых известных средств, например, перфорации, и углеводороды могут быть транспортированы от формации к поверхности через обсадные трубы 62, 72 и/или 72,76 (фиг.12). В зависимости от области применения обычные производственные трубы 68, 78 могут быть вставлены в обсадные трубы 62, 72, обычные пакеры 69, 79 могут быть использованы для уплотнения кругового зазора между такой производственной трубой и обсадной трубой от потока жидкой среды, а углеводороды могут быть транспортированы к поверхности через производственную трубу. При подобной комплектации в соответствии с настоящим изобретением ремонтная операция, включающая, но не ограниченная выполнением работ, повторными комплектациями и боковым слежением, может быть выполнена в одной скважине, тогда как углеводороды одновременно могут быть получены от другой скважины. Кроме того, жидкая среда может быть инжектирована в подземную формацию через одну скважину, тогда как углеводороды получают из той же либо другой подземной формации через другую скважину.
Как показано на фиг.24 еще один пример осуществления шаблона 100 согласно изобретению имеет торцевую поверхность 112 и два буровых отверстия 120, 130 через нее. Размеры торцевой поверхности 114 уменьшены в этом примере, и шаблон 100 образован с раздельной торцевой поверхностью 113, которую пересекает отверстие 130. Поверхность 111 заключена между торцевыми поверхностями 113, 114 и используется для направления буровых штанг и обсадной трубы, которая вставлена через отверстие 130 от торцевой поверхности 114, и таким образом, первого бурового отверстия 60. Торцевые поверхности 113 и 114 также могут быть выполнены с любой периферийной конфигурацией, которая будет способствовать минимизации взаимодействия между буровыми штангами и обсадной трубой, выходящими из отверстий 120 и 130. В этом примере выполнения отверстие 130 короче, что обеспечивает отклонение части подземной формации между торцевыми поверхностями 113 и 114, в пределах которых буровые штанги выходят из отверстия 130, что дополнительно обеспечивает вероятность взаимодействия между буровыми отверстиями, которые пробурены и скомплектованы в соответствии с настоящим изобретением.
Шаблон согласно изобретению может быть снабжен тремя или более буровыми отверстиями в зависимости от диаметра отверстия, в котором располагается шаблон, и диаметра буровых отверстий, подлежащих бурению с использованием шаблона. В соответствии с фиг.25 и 26 шаблон или направляющая показаны в общем поз.200, имеет три цилиндрических отверстия 220, 230 и 240 через него. Торцевая поверхность 212 снабжена множеством наклонных граней или лопаток 215 для обеспечения позиционирования направляющего приспособления или обсадной трубы в отверстиях 220, 230 и 240 в процессе бурения и комплектования, как излагалось выше. Каждое отверстие 220, 230 и 240 имеет винтовую резьбу 217 для съемного закрепления направляющего приспособления и обсадной трубы в них. Шаблон 200 прикреплен к нижней части проводника, поверхности или промежуточной обсадной трубы 190 также посредством известных средств, таких как резьба или сварные швы. Обсадная труба 190 снабжена проходящим во внутреннюю сторону ключом или шпонкой 192, которая прикреплена к трубе 190, например, при помощи сварных швов. Шаблон 200 снабжен тремя раздельными торцевыми поверхностями 214, 215 и 216, которые пересекаются отверстиями 220, 230 и 240 соответственно и которые расположены вдоль одной и той же плоскости, как показано на фиг.2, либо могут быть сформированы на различных интервалах вдоль продольной длины шаблона 200, как иллюстрировано на фиг.25 При размещении на различных интервалах раздельные части подземной формации расположены между торцевыми поверхностями 214, 215 и 216, в пределах которых буровые штанги выходят из отверстий 220, 230 и 240 соответственно, при их отклонении для минимизации вероятности взаимодействия между буровыми отверстиями, которые пробурены и скомплектованы в соответствии с настоящим изобретением. Как показано на фиг. 25, каждое отверстие 220, 230 и 240 может также расходиться одно от другого от торцевой поверхности 212 по направлению к торцевым поверхностям 214, 215 и 216 для обеспечения минимизации вероятности взаимодействия скважин. При размещении с расхождением угол расхождения обычно не должен превышать 2o по всей длине шаблона 200 и предпочтительно составляет менее 1o. Когда три отверстия выполнены в предпочтительном примере шаблона, иллюстрированном на фиг. 25, отверстие 230, которое снабжено одноходовым клапаном, будет занимать самое нижнее положение по отношению к наклонной торцевой поверхности 212.
Как упоминалось выше, шаблон согласно изобретению может быть цельным или выполненным из нескольких секций. Пример шаблона согласно изобретению, который сконструирован из нескольких секций, иллюстрирован в общем виде на фиг. 27 и 28 поз.300. Шаблон 300 содержит первую верхнюю секцию 301, продольную раму 307 и множество трубчатых элементов 304. Первая верхняя секция 301 снабжена двумя буровыми отверстиями через нее, имеющими нижние резьбовые секции 302. Торцевая поверхность 312 первой секции 301 сформирована с углублениями 315,316, окружающими пересечение двух отверстий. Продольная рама, например, I-образная или H-образная пластина 307, прикреплена к другой торцевой поверхности первой секции 301 с помощью известных средств, например, болтов 308 (фиг. 29). С-образные направляющие 309 прикреплены к I-образной или H-образной пластине 307 вдоль ее длины. Трубчатые элементы 304 расположены через направляющие 309 на каждой боковой стороне I-образной или H-образной пластины 307 (фиг.30 и 31) и согласованы с резьбовыми секциями 302 отверстий через первую секцию 301. Направляющие 309 функционируют в комбинации с продольной рамой 307 для ограничения и запрета перемещения трубчатого элемента (элементов) 304, расположенного через такие направляющие. Различные трубчатые элементы 304, расположенные на одной и той же боковой стороне I-образной или H-образной пластины 307, скреплены совместно известными средствами, например, резьбовой муфтой. Свободный конец каждого трубчатого элемента 304 согласован с башмаком 306, в котором закреплен поплавковый клапан 326 на одной боковой стороне I-образной или H-образной пластины 307, тогда как заглушка 336 вставлена с другой боковой стороны пластины 307.
Собранные таким образом первая секция 301, пластина 307 и трубчатые элементы 304 определяют шаблон 300, имеющий два цилиндрических в общем случае отверстия 320, 330 через него.
Как показано на фиг.28, каждое отверстие 320, 330 снабжено первыми ступенями 321, 331, вторыми ступенями 323, 333 и третьими ступенями 325, 335 соответственно. Первые и вторые ступени отверстий 320, 330 определяют круговые бурты 322, 332 между ними, тогда как вторые и третьи ступени отверстий 320, 330 определяют круговые бурты 324, 334 между ними. Отверстия 320, 330 могут быть размещены расходящимися одно от другого от концевой поверхности 312 по направлению к концевым поверхностям 314, 313 соответственно. Если они размещены с расхождением, угол такого расхождения обычно не должен превышать 2o по всей длине шаблона 300 и предпочтительно составляет менее 1o. В примере, иллюстрированном на фиг.27, 28, отверстие 330 короче, чем отверстие 320, для обеспечения части подземной формации между концевыми поверхностями 313 и 314, в пределах которой буровые штанги, выходящие из отверстия 330, могут быть отклонены, в результате минимизируя возможность взаимодействия между буровыми отверстиями, которые пробурены и укомплектованы согласно настоящему изобретению. Отверстия 320 и 330 (фиг.32) могут быть также идентичными по длине. В любом предпочтительном примере осуществления одна или обе боковые стороны I-образной пластины 307 могут быть снабжены канатным складирующим подъемником (подъемниками), прикрепленными к ним ниже отверстия (отверстий) 320 и/или 330 с помощью любых известных средств, например сварных швов, для обеспечения минимизации взаимодействия между буровыми отверстиями, пробуренными с использованием шаблона 300 согласно настоящему изобретению.
При работе шаблон 300 прикрепляется к нижней части поверхностной или промежуточной обсадной трубы 290, располагается и цементируется в пределах бурового отверстия 54 способом, ранее описанным в отношении шаблона 10. Направляющее приспособление 140 и ориентирующий кулак 143 опускаются в пределах поверхности или промежуточной обсадной трубы 290 до тех пор, пока ключ 292 не будет контактировать со щелью 148 на внешней поверхности кулака 143. Наклонная поверхность щели 148 будет обеспечивать поворот кулака 143 и приспособления 140 до тех пор, пока ключ 292 не займет положение 148а, как показано на фиг. 23. При ориентировании таким образом приспособление 140 будет выравнено с отверстием 320. Расцепление направляющего приспособления 140 от кулака 143 и его зацепление в пределах отверстия 320 при опускании осуществляется способом, соответствующим описанному выше в отношении шаблона 100, за исключением того, что пальцы 140 втулки входят в зацепление с резьбовой секцией 327 отверстия 320. После этого первую скважину 60 пробуривают и снабжают обсадной трубой 62 в соответствии со способом, описанным выше в отношении шаблона 10 (фиг.6 и 7).
Направляющее приспособление 140 освобождают от головной части скважины, размещают с натяжением и поворачивают для расцепления резьбовых внешних поверхностей пальцев 147 втулки от резьбовой секции 327 отверстия 320, таким образом обеспечивая подъем приспособления 140 в кулаке 143 и прикрепление к нему путем автоматического зацепления резьбовой внешней поверхности 141 приспособления 140 с резьбовым внутренним диаметром 153 расширяющегося блокировочного кольца 152.
Затем приспособление поднимается от поверхности, и зацепление ключа 292 в пределах щели 148 вызывает автоматический поворот приспособления и кулака 143 до тех пор, пока ключ 292 не займет положение 148 в пределах щели 148. Последовательное опускание ствола 140 поворачивает приспособление до тех пор, пока ключ 292 не займет положение 148с в пределах щели 148. При этой ориентации направляющее приспособление 140 будет выравнено с отверстием 330. Расцепление ствола 140 от кулака 143 и зацепление приспособления 140 в пределах отверстия 330 при его опускании происходят в соответствии со способом, описанным выше в отношении шаблона 100. После этого вторая скважина 70 пробуривается и снабжается обсадной трубой 72 также в соответствии со способом, описанным выше в отношении шаблона 10 фиг.8 и 9). Приспособление 140 освобождают от головной части скважины, размещают с натяжением и поворачивают для расцепления резьбовых внешних поверхностей пальцев 147 втулки от резьбовой секции 337 отверстия 320, в результате чего обеспечивается поднимание от поверхности, а зацепление ключа 292 в пределах щели 148 обеспечивает расцепление этого ключа из щели 148, приспособление 140, ориентирующий кулак 143 поднимаются к поверхности. После этого производственные обсадные трубы 66, 76 прикрепляются к обсадным трубам 62, 72 или отверстиям 320, 330 соответственно, а обсадные трубы 62, 72 размещаются при жидкостной связи с подземной формацией, несущей углеводороды в соответствии со способом, описанным выше в отношении шаблона 10 (фиг.10 и 13).
Ниже приведен пример реализации устройства и способов по данному изобретению.
Буровое оборудование опущено над каналом на обычной однопрокладочной прибрежной буровой платформе, и отверстие диаметром 36 дюймов пробурено от буровой линии до 450 футов. Обсадная труба диаметром 30 дюймов, толщиной 1,5 дюйма расположена в пределах бурового отверстия и зацементирована в нем обычными цементирующими способами. Буровые штанги с буровой головкой 17,5 дюймов вставлены в пределах обсадной трубы 30 дюймов, и отверстие 17,5 дюймов пробурено от 450 футов до глубины 1300 футов и расширено до диаметра 28 дюймов. Обсадные штанги диаметром 24 дюйма, толщиной 0,625 дюйма проведены до 1300 футов и зацементированы. Первая скважина 12,25 или 14,75 дюйма непосредственно пробурена до 4500 футов и расширена до диаметра 24 дюйма. Обсадная труба диаметром 20 дюймов, имеющая шаблон, выполненный согласно настоящему изобретению, прикрепленный к ее самой нижней точке, расположена в пределах бурового отверстия 24 дюйма и прикреплена к обсадной трубе с помощью обычного справочного подвеса. Уплотнительная секция нижнего конца направляющего приспособления вставлена в буровое отверстие через шаблон, который снабжен одноходовым клапаном, и цемент циркулировал через приспособление и шаблон для цементирования обсадной трубы 20 дюймов в буровой скважине. Любой цемент, оставшийся в пределах направляющего приспособления, выбуривался и затем пробуривалась направленная скважина 8,375 дюймов до целевой глубины при помощи буровых штанг, которые снабжены обычным погружным двигателем и проходят через направляющее приспособление и шаблон. После этого обсадная труба 7 дюймов, которая снабжена гильзовым подвесом, располагалась в пределах направленной скважины 8,375 дюймов и закреплялась в ней при помощи расширенного гильзового подвеса при зацеплении с профилем в пределах бурового отверстия шаблона. Обсадная труба поворачивалась, когда цемент прокачивался через буровые штанги и гильзовый подвес. Направляющее приспособление затем выводилось из первого бурового отверстия в шаблоне согласно изобретению и вставлялось в другое буровое отверстие через него. Вторая направленная скважина 8,375 дюймов пробуривалась и комплектовалась через второе отверстие. Затем направляющее приспособление удалялось из скважины и раздельные штанги обсадной трубы 7 дюймов, имеющей уплотнительную сборку, прикрепленную к ее нижнему концу, раздельно и последовательно вставлялись в раздельные буровые отверстия шаблона и закреплялись на обычном поверхностном оборудовании двойной комплектации. При таким образом осуществленном бурении и комплектовании согласно изобретению ремонтная операция может быть проведена в одной опалубной скважине, тогда как углеводороды транспортируются от подземной формации к поверхности через другую скважину.
Хотя шаблон согласно настоящему изобретению иллюстрирован и описан как имеющий два или три буровых отверстия через него, то понятно, что шаблон может быть снабжен более чем тремя отверстиями в зависимости от диаметра бурового отверстия, в котором расположен шаблон, и диаметра буровых отверстий, подлежащих бурению с использованием шаблона. При обеспечении более чем трех отверстий через шаблон одно отверстие, которое снабжено одноходовым клапаном, будет занимать самое низкое положение по отношению к наклонной концевой поверхности 12, как показано на фиг.1, так что поверхность 12 и втулка 43 будут функционировать для установки направляющего приспособления 40 в это отверстие при первоначальной установке внутри поверхности или промежуточной обсадной трубы 50.
Одно или более буровых отверстий через шаблон согласно изобретению могут иметь вертикальную ось и/или оси, которая параллельна с осью поверхностной или промежуточной обсадной трубы, к которой прикреплен шаблон. Хотя отверстия были описаны и проиллюстрированы как расходящиеся одно от другого вдоль всей длины шаблона, в объеме настоящего изобретения такие отверстия могут расходиться друг относительно друга только в одной или нескольких соответствующих секциях и при различных градусах в различных секциях. Далее, хотя буровые отверстия в различных предпочтительных примерах осуществления шаблона согласно изобретению были описаны и иллюстрированы как расходящиеся, отверстия, которые не расходятся, также представлены в объеме изобретения.
Реферат
Изобретение включает четыре объекта, одним из которых является способ бурения нескольких подземных скважин из одной, проходящей от поверхности земли вертикальной или наклонной скважины, вторым объектом является конструкция этих скважин, включающая оснащение скважин обсадными трубами таким образом, что обеспечивается раздельная эксплуатация каждой из скважин, третьим и четвертым объектами изобретения являются шаблон, который располагается в основной скважине и при помощи которого осуществляется бурение нескольких скважин из одной и направляющее приспособление, обеспечивающее ориентирование бурового инструмента при забуривании каждой очередной скважины через шаблон. 4 с. и 59 з.п.ф-лы, 32 ил.
