EA 012903B1 20100226 Номер и дата охранного документа EA200800239 20060629 Регистрационный номер и дата заявки GB0513645.2 20050702 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок GB2006/002389 20060629 Номер международной заявки (PCT) WO2007/003894 20070111 Номер публикации международной заявки (PCT) EAB1 Код вида документа EAb21001 Номер бюллетеня [JPG] EAB1\00000012\903BS000#(62:98) Основной чертеж [RU] СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ СТВОЛА СКВАЖИНЫ Название документа [8] E21B 37/02, [8] E21B 37/04 Индексы МПК [GB] Телфер Джордж Сведения об авторах [GB] СПЕШИЛАЙЗД ПЕТРОЛЕУМ СЕРВИСИЗ ГРУП ЛИМИТЕД (GB) Сведения о патентообладателях [GB] СПЕШИЛАЙЗД ПЕТРОЛЕУМ СЕРВИСИЗ ГРУП ЛИМИТЕД (GB) Сведения о заявителях US 2002005284 A1 US 2811210 A US 4671355 A WO 0077339 A GB 2274321 A GB 2391884 A WO 0166907 A1 Цитируемые документы
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea000012903b*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

Настоящее изобретение относится к способам и устройству для очистки скважин. В частности, изобретение относится к способу бурения и очистки ствола скважины. В одном варианте осуществления изобретения раскрывается способ бурения и очистки ствола 12 скважины. Способ содержит этапы обеспечения бурильной колонны 10, которая имеет буровое долото 28 и инструмент 24 очистки с очищающими элементами 34, имеющими возможность избирательного включения в работу, бурение ствола скважины с поддержанием очищающих деталей в нерабочем положении и извлечение бурильной колонны из ствола скважины с очищающими деталями в рабочем положении для очистки ствола скважины. Соответствующий инструмент очистки также раскрыт.


Формула

[0001] Способ бурения и очистки ствола скважины, содержащий следующие этапы:

[0002] Способ по п.1, который является способом бурения и очистки ствола скважины за один рейс.

[0003] Способ по п.1 или 2, который включает в себя дополнительный этап выключения из работы очищающих элементов после очистки участка ствола скважины.

[0004] Способ по любому из предшествующих пунктов, который содержит повторяющееся приведение в действие и выключение из работы очищающих элементов при извлечении бурильной колонны из ствола скважины.

[0005] Способ по любому из предшествующих пунктов, который содержит смещение очищающих элементов в контакт со стенкой ствола скважины.

[0006] Способ по п.5, который содержит смещение очищающих элементов радиально наружу относительно корпуса инструмента очистки.

[0007] Способ по любому из предшествующих пунктов, который содержит смещение очищающих элементов в контакт со стенкой ствола скважины посредством магнитного отталкивания.

[0008] Способ по п.7, который содержит перемещения магнита на втулке инструмента очистки из положения, не совмещенного по направлению оси с соответствующим магнитом на каждом очищающем элементе, к положению совмещенного по направлению оси с магнитом на каждом очищающем элементе для смещения очищающих элементов в контакт со стенкой ствола скважины.

[0009] Способ по п.8, который содержит установку магнитов встречно полюс к полюсу, так что при совмещении магнит на каждом очищающем элементе направляется наружу для перемещения очищающего элемента в контакт со стенкой ствола скважины.

[0010] Способ по одному из пп.1-6, который содержит механическое смещение очищающих элементов в контакт со стенкой ствола скважины.

[0011] Способ по п.10, который содержит смещение очищающих элементов в контакт со стенкой ствола скважины с использованием смещающей пружины.

[0012] Способ по одному из пп.1-6, который содержит смещение очищающих элементов в контакт со стенкой ствола скважины путем механического и магнитного отталкивания.

[0013] Способ по любому из предшествующих пунктов, который содержит сброс шара через бурильную колонну для приведения в действие очищающих элементов.

[0014] Способ по п.13, который содержит выброс шара из инструмента очистки после приведения в действие очищающих элементов и поддержание циркуляции текучей среды через бурильную колонну во время очистки.

[0015] Способ по любому из предшествующих пунктов, который содержит этап открытия отверстия в инструменте очистки и введение струи жидкости очистки из инструмента в ствол скважины.

[0016] Способ по любому из предшествующих пунктов, который содержит бурение первой секции ствола скважины до первой глубины, установку обсадной колонны в пробуренном стволе скважины, бурение второй секции ствола скважины до второй глубины и последующее извлечение бурильной колонны из ствола скважины с очищающими деталями, находящимися в рабочем положении для очистки обсадной колонны, установленной в первой секции ствола скважины.

[0017] Способ по п.16, который содержит установку дополнительной обсадной колонны меньшего диаметра во вторую секцию ствола скважины, бурение третьей секции ствола скважины до третьей глубины и последующее извлечение бурильной колонны из ствола скважины с очищающими деталями, находящимися в рабочем положении для очистки обсадной колонны во второй секции ствола скважины.

[0018] Скважинный инструмент очистки, предназначенный для использования на бурильной колонне в стволе скважины и содержащий корпус с каналом, втулку, расположенную в канале, включающую в себя шаровое гнездо и смещенную в первом направлении, и множество очищающих деталей, приспособленных для перемещения относительно корпуса в рабочее положение и в нерабочее положение, в котором размещение шара в шаровом гнезде обеспечивает перемещение втулки во втором направлении, противоположном первому направлению для обеспечения перемещения очищающих элементов в рабочее положение, при котором они контактируют со стенкой ствола скважины.

[0019] Инструмент по п.18, который включает в себя механическое смещающее средство для смещения втулки в первом направлении.

[0020] Инструмент по п.19, в котором механическое смещающее средство расположено между втулкой и корпусом.

[0021] Инструмент по любому из пп.18-20, в котором очищающие элементы расположены в отверстиях, проходящих через стенку корпуса.

[0022] Инструмент по любому из пп.18-21, который способен приводиться в действие спуском шара в канале в корпусе, проходящего в канал и по нему в реверсивном направлении.

[0023] Инструмент по любому из пп. 18-22, в котором втулка способна перемещаться относительно корпуса между первым осевым положением, в котором очищающие элементы находятся в соответствующих нерабочих положениях, и дополнительным осевым положением, в котором очищающие элементы находятся в соответствующих рабочих положениях.

[0024] Инструмент по п.23, в котором расположение шара на шаровом гнезде служит для перемещения втулки между первым и дополнительным осевыми положениями для перемещения очищающих элементов в их соответствующие рабочие положения.

[0025] Инструмент по любому из пп.23 или 24, в котором втулка способна перемещаться относительно корпуса во втором осевом направлении из первого осевого положения в промежуточное осевое положение при перемещении из первого осевого положения к следующему осевому положению.

[0026] Инструмент по любому из пп.23-25, в котором первое осевое положение является первым нерабочим осевым положением, при котором очищающие элементы находятся в нерабочем состоянии.

[0027] Инструмент по п.25 или 26, зависимом от п.25, в котором промежуточное осевое положение является вторым нерабочим положением, в котором очищающие элементы остаются в нерабочем положении.

[0028] Инструмент по любому из пп.23-27, в котором дополнительное осевое положение является рабочим осевым положением, в котором очищающие детали находятся в рабочем положении.

[0029] Инструмент по п.25, в котором втулка смещена для перемещения из промежуточного осевого положения к следующему осевому положению.

[0030] Инструмент по любому из пп.18-29, который дополнительно содержит средство сцепления для управления относительным перемещением между втулкой и корпусом.

[0031] Инструмент по п.30, в котором средство сцепления содержит дорожку на втулке или на корпусе и по меньшей мере один копирный штифт соответственно на корпусе или на втулке, выполненный с возможностью сцепления внутри дорожки для обеспечения управления перемещением втулки относительно корпуса.

[0032] Инструмент по п.31, в котором дорожка проходит, по меньшей мере, частично вокруг поверхности соответствующей или втулки, или корпуса.

[0033] Инструмент по одному из пп.31 или 32, в котором дорожка определяет множество положений застопоривания, разнесенных по поверхности втулки или корпуса.

[0034] Инструмент по п.33, зависимом от п.23 или любого из пп.24-29, в котором дорожка определяет по меньшей мере одно застопоренное положение втулки относительно корпуса.

[0035] Инструмент по любому одному из пп.18-34, в котором инструмент очистки содержит приводное средство для перемещения очищающих элементов между рабочим положением и нерабочим положением.

[0036] Инструмент по п.31, в котором приводное средство функционально связано с втулкой так, что при перемещении втулки во втором направлении активизируется приводное средство, и, таким образом, обеспечивается перемещение очищающих элементов из нерабочего положения в рабочее положение.

[0037] Инструмент по одному из пп.35 или 36, зависимом от п.23, или любого одного из пп.24-29, в котором приводное средство расположено на втулке и выполнено с возможностью перемещения очищающих элементов в рабочее положение при перемещении втулки к дополнительному осевому положению.

[0038] Инструмент по любому одному из пп. 35-37, в котором приводное средство содержит по меньшей мере одну наклонную поверхность на втулке, которая наклонена относительно главной оси инструмента и имеет возможность перемещаться с втулкой для перемещения очищающих деталей в рабочее положение.

[0039] Инструмент по п.38, в котором наклонная поверхность выполнена с возможностью перемещать очищающие элементы наружу из корпуса.

[0040] Инструмент по одному из пп.38 или 39, в котором реверсивное перемещение наклонной поверхности обеспечивает отвод очищающих элементов в нерабочие положения.

[0041] Инструмент по любому одному из пп.18-40, в котором очищающие элементы радиально смещены для улучшения их контакта со стенкой обсадной колонны.

[0042] Инструмент по п.41, который содержит пружины для радиального смещения очищающих деталей.

[0043] Инструмент по п.41, в котором очищающие элементы способны перемещаться посредством магнитной левитации.

[0044] Инструмент по п.43, в котором каждый очищающий элемент имеет первый магнит, а втулка имеет соответствующий по меньшей мере один второй магнит, и при совмещении первого и второго магнитов магнитное отталкивание смещает и таким образом перемещает первые магниты от по меньшей мере одного второго магнита для радиального смещения очищающих элементов.

[0045] Инструмент по любому одному из пп.18-44, в котором шаровое гнездо выполнено с возможностью удерживать шар с возможностью высвобождения, и материал шарового гнезда способен деформироваться.

[0046] Инструмент по любому одному из пп.18-45, в котором корпус включает в себя по меньшей мере одно отверстие для обеспечения радиального выпуска текучей среды из инструмента.

[0047] Инструмент по п.46, в котором прокачка текучей среды через по меньшей мере одно отверстие управляется втулкой, причем перемещение втулки предназначено для открытия и закрытия отверстия.

[0048] Инструмент по п.47, зависимом от п.23, в котором при нахождении втулки в осевом положении по меньшей мере одно радиальное отверстие является открытым для прохода текучей среды.

[0049] Бурильная колонна, содержащая буровое долото и скважинный инструмент очистки, содержащий корпус, имеющий канал, втулку, расположенную в канале, включающую шаровое гнездо и смещенную в первом направлении, и множество очищающих элементов, способных перемещаться относительно корпуса между рабочим и нерабочим положениями, при этом шаровое гнездо обеспечивает перемещение втулки во втором направлении, противоположном первому направлению для обеспечения перемещения очищающих элементов в рабочие положения, при которых они контактируют со стенкой ствола скважины.

[0050] Бурильная колонна по п.49, в которой инструмент очистки является инструментом очистки согласно любому одному из пп.18-48.

[0051] Способ бурения и очистки ствола скважины за один рейс, содержащий следующие этапы:

[0052] Скважинный инструмент очистки, предназначенный для использования в бурильной колонне в стволе скважины и содержащий, по существу, цилиндрический корпус, имеющий центральный канал, проходящий по оси, втулку, расположенную в канале и включающую гнездо для шара, механическое смещающее средство, расположенное между втулкой и корпусом для смещения втулки в первом направлении, приводное средство на втулке для перемещения множества очищающих элементов, расположенных в корпусе, относительно корпуса между рабочим и нерабочим положением, при этом при спуске сбрасываемого шара через центральный канал в реверсивном направлении втулка способна перемещаться против механического смещения так, что очищающие элементы приводятся в рабочее положение для выхода из корпуса и контактирования со стенкой обсадной трубы.

[0053] Бурильная колонна, содержащая буровое долото, инструмент очистки, содержащий, по существу, цилиндрический корпус, имеющий центральный канал, проходящий по оси, втулку, расположенную в канале и включающую в себя шаровое гнездо, механическое смещающее средство, расположенное между втулкой и корпусом для смещения втулки в первом направлении, приводное средство на втулке для перемещения относительно корпуса множества очищающих элементов, расположенных в корпусе, между рабочим и нерабочим положением, при этом при спуске сбрасываемого шара через центральный канал в реверсивном направлении втулка перемещается против механического смещения так, что очищающие элементы приводятся в рабочее положение для выхода из корпуса и контактирования со стенкой обсадной колонны.


Полный текст патента

Настоящее изобретение относится к способам и устройству для очистки скважин. В частности, но не исключительно, настоящее изобретение относится к способу бурения и очистки ствола скважины.

При бурении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин является обычным использовать бурильную колонну, которая оканчивается буровым долотом. Бурильная колонна вращается для удаления породы перед буровым долотом, бурения и, таким образом, формирования ствола скважины и увеличения глубины скважины. Буровой раствор или иная текучая среда прокачивается через бурильную колонну для охлаждения бурового долота и содействия проходу бурового шлама от дна скважины на поверхность через кольцевое пространство, образованное между бурильной колонной и стенкой ствола скважины.

Через заданные интервалы буровое долото извлекается из ствола скважины и обсадная колонна, содержащая отрезки обсадных труб, соединенных вместе, спускается в пробуренный ствол скважины и цементируется в стволе скважины. Буровое долото меньшего диаметра затем спускается через обсаженный ствол скважины для бурения породы под обсаженным участком, чтобы, таким образом, углубить скважину. Затем устанавливается обсадная колонна меньшего диаметра в углубленный участок ствола скважины и также цементируется в стволе скважины. Если требуется, то в скважине может быть установлен хвостовик, содержащий подобные трубные секции, скрепленные вместе, и соединенный с последней секцией обсадной колонны и проходящий от нее. При достижении необходимой проектной глубины бурильная колонна вынимается из скважины, и спускается рабочая колонна для очистки скважины. После очистки скважины стенки трубных элементов, формирующих обсадную колонну/хвостовик, являются свободными от отложений шлама, чтобы, когда фильтры, пакеры, компоновки гравийных фильтров, подвески хвостовиков или другое оборудование заканчивания спускается в скважину, обеспечивалось эффективное уплотнение между этими устройствами и стенками обсадной колонны/хвостовика.

Этап промывки ствола скважины часто осуществляется с помощью спуска рабочей колонны, имеющей в своем составе специализированные скважинные инструменты для очистки и откачки. Типичные скважинные инструменты очистки, известные для применения в данном оборудовании, включают в себя скребки, грязесъемники и/или щетки, которые удерживаются вплотную к внутренним стенам обсадной колонны/хвостовика для очистки отложений шлама, когда инструмент спускается и затем поднимается из ствола скважины. Хотя этот процесс является эффективным для очистки ствола скважины, он добавляет значительное время работам по подготовке скважины к эксплуатации, поскольку отдельная колонна для очистки скважины требует спуска в ствол после извлечения бурильной колонны. Более того, скорость, с которой колонна может быть спущена в скважину и поднята из нее, является сравнительно низкой вследствие требуемого постоянного фрикционного контакта между чистящими элементами и стенками обсадной колонны/хвостовика.

Порода в стволе скважины остается обнаженной во время работ по очистке, и имеются известные отрицательные факторы при оставлении породы обнаженной между бурением и заканчиванием скважины.

Один известный тип устройства очистки описан в патенте Великобритании 2327963 (Эпплтон и другие). Патент Германии 2327963 описывает рабочую колонну, объединяющую пакер со скребком. Скребок используется для очистки обсадной трубы впереди пакера, чтобы пакер мог быть установлен на обсадную трубу, свободную от отложений шлама. Хотя этот способ удаляет требование спуска отдельной колонны очистки скважины перед спуском пакера, такая колонна ограничена тем, что скребок может только очищать фиксированное расстояние перед пакером, и, в результате, очищается только участок обсадной трубы. Кроме того, удаленные отложения шлама проталкиваются в ствол скважины.

Целью настоящего изобретения является устранение или изменение риска вышеупомянутых отрицательных факторов и создание способа бурения скважины, при котором скважина может избирательно очищаться при извлечении из нее бурильной колонны и создание инструмента для очистки, устанавливаемого на бурильной колонне и выполненного с возможностью избирательной очистки после завершения бурения в скважине.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения создан способ бурения и очистки ствола скважины, содержащий следующие этапы:

обеспечение бурильной колонны, имеющей буровое долото и инструмент очистки с избирательно приводимыми в действие очищающими элементами, выполненными с возможностью контакта со стенкой ствола скважины в рабочем положении и их отведения от указанной стенки в нерабочем положении;

бурение ствола скважины с использованием бурового долота при поддержании очищающих элементов в нерабочем положении;

извлечение бурильной колонны из ствола скважины с очищающими элементами в рабочем положении для очистки ствола скважины.

Оснащением бурильной колонны очищающими элементами и приведением их в действие при извлечении бурильной колонны достигается очистка ствола скважины при извлечении бурового долота из скважины. Таким образом, бурение и очистка могут осуществляться за один рейс в ствол скважины, и способ может быть способом бурения и очистки ствола скважины за один рейс. Спуск инструмента очистки в нерабочей конфигурации (с очищающими деталями в нерабочем положении), когда проводится бурение, может предотвратить помехи бурению со стороны очищающих элементов, так как, например, циркуляция текучей среды и бурового раствора в стволе скважины может поддерживаться.

Способ может включать в себя дополнительный этап выключения из работы очищающих элементов, и значит перемещения очищающих элементов в нерабочее положение после очистки участка ствола скважины. Таким путем может быть очищен выбранный участок или участки ствола скважины и очищающие элементы возвращены в нерабочее положение, например, для того, чтобы могли проводиться дополнительные скважинные работы или предотвратить повреждения других скважинных составляющих. Очищающие элементы могут быть повторно приведены в действие и выключены из работы цикличным образом, когда колонна извлекается из ствола скважины. В этом случае, очищающие элементы могут убираться, когда проходят над любыми элементами, такими как клапаны или уплотнения, которые в противном случае могут повреждаться очищающими деталями.

Способ может включать в себя этап поджатия и/или смещения очищающих элементов в контакт со стенкой ствола скважины и может содержать поджатие и/или смещение очищающих элементов радиально наружу. Таким путем инструмент очистки может эффективно очищать стенки обсадной трубы/хвостовика (или других труб в стволе скважины) различных диаметров, когда колонна поднимается из ствола скважины. Очищающие элементы могут смещаться наружу относительно корпуса инструмента очистки.

Очищающие элементы могут быть смещены в контакт со стенкой ствола скважины магнитным отталкиванием. Это может осуществляться перемещением магнита, предусмотренного на втулке или во втулке инструмента очистки, из положения вне осевого и/или поворотного совмещения с соответствующим магнитом на каждом очищающем элементе или в нем, в положение осевого и/или поворотного совмещения с магнитом на каждом очищающем элементе или в нем. Магниты могут быть устроены с противостоянием одноименных полюсов (S-S или N-N), так, чтобы при совмещении магнит на очищающем элементе или в нем выжимался наружу для перемещения очищающего элемента в контакт со стенкой ствола скважины.

Альтернативно, очищающие элементы могут механически смещаться в контакт со стенкой ствола скважины, например, смещающей пружиной. В дополнительной альтернативе очищающие элементы могут смещаться в контакт со стенкой ствола скважины механически и магнитным отталкиванием, и, таким образом, сочетанием механической и магнитной силы или нагрузки.

Этап очистки ствола скважины может включать в себя этап обработки ствола скважины скребком. Предпочтительные очищающие элементы являются скребками.

Способ может дополнительно включать в себя этап сброса приводного элемента, такого как шар, пробка или подобный объект через бурильную колонну для приведения в действие очищающих элементов и, таким образом, чтобы избирательно переместить очищающие элементы в рабочее положение.

Способ может также включать в себя этап выбрасывания шара из инструмента очистки, когда очищающие элементы приведены в действие и поддерживается циркуляция текучей среды через бурильную колонну во время работ по очистке.

Предпочтительно, чтобы способ дополнительно мог включать в себя этап открывания отверстия в инструменте очистки, которое может быть радиальным отверстием, и подачу струи очищающей текучей среды из инструмента. Таким путем стенка обсадной трубы/хвостовика может быть отмыта от отложений шлама, который сдвинут с места очищающими элементами.

Должно быть понятно, что ствол скважины обычно бурится на первую глубину и, как описано выше, затем в ствол скважины устанавливается колонна и цементируется в стволе. Изобретение может иметь особую эффективность при углублении уже пробуренного до первой глубины ствола, в котором уже установлена обсадная колонна, обеспечением бурения углубления ствола скважины и последующей очистки существующей обсадной колонны, когда колонна извлекается из скважины. Также должно быть понятно, что следом за установкой дополнительной обсадной колонны меньшего диаметра на удлиненном участке ствола скважины и цементированием его в стволе изобретение может иметь особую эффективность при дополнительном углублении ствола скважины и очистке обсадной колонны меньшего диаметра, когда колонна извлекается из скважины, и так далее для дополнительно углубляющихся секций.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения создан скважинный инструмент очистки для использования на бурильной колонне в стволе скважины, содержащий корпус с каналом, втулку, расположенную в канале, включающую в себя шаровое гнездо и смещенную в первом направлении, и множество очищающих элементов, приспособленных для перемещения относительно корпуса в рабочее положение и в нерабочее положение, причем размещение шара в шаровом гнезде обеспечивает перемещение втулки во втором направлении, противоположном первому направлению для перемещения очищающих элементов в рабочее положение, в котором они находятся в контакте со стенкой ствола скважины.

Инструмент очистки может содержать механическое средство смещения для смещения втулки в первом направлении, которое может быть расположено между втулкой и корпусом.

Очищающие элементы могут быть расположены на корпусе и в отверстиях, проходящих в стенках корпуса. Отверстия могут открываться в канал корпуса.

Инструмент может быть приведен в действие спуском шара в канал корпуса, проходящего в канале корпуса и вдоль него в обратном направлении (относительно упомянутого первого направления).

В предпочтительном варианте осуществления изобретения втулка имеет возможность перемещения относительно корпуса между первым осевым положением, в котором очищающие элементы находятся в нерабочем положении, и следующего осевого положения, в котором очищающие детали находятся, соответственно, в рабочем положении. Расположение шара в шаровом гнезде втулки может служить для перемещения втулки между первым и дополнительным осевым положением для перемещения очищающих элементов в соответствующие рабочие положения. Втулка может иметь возможность перемещения относительно корпуса во втором осевом направлении, из первого осевого положения в промежуточное осевое положение, во время перемещения из первого осевого положения в следующее осевое положение. Первое осевое положение может быть первым осевым нерабочим положением, в котором очищающие детали находятся в нерабочем положении. Промежуточное осевое положение может быть вторым нерабочим положением, в котором очищающие детали остаются в нерабочем положении.

Следующее осевое положение может быть рабочим осевым положением, в котором очищающие детали находятся в рабочем положении. Втулка может быть смещена для перемещения из промежуточного осевого положения к следующему осевому положению. Это может быть осуществлено прокачиванием шара через или в обход шарового гнезда и, таким образом, сокращением силы давления текучей среды на втулку.

Втулка может быть приспособлена для осевого и/или поворотного перемещения относительно корпуса для перемещения втулки между первым и следующими осевыми положениями. Инструмент может дополнительно содержать средство сцепления, чтобы управлять относительным перемещением между втулкой и корпусом. Средство сцепления может содержать дорожку или профилированную канавку, предусмотренную на втулке или на корпусе, и по меньшей мере один копирный штифт или шаговый фиксатор на корпусе или на втулке. Средство сцепления может содержать шаговую деталь, такую как втулка, смонтированную для поворотного перемещения относительно втулки, но удерживаемую против осевого перемещения относительно втулки. Шаговая деталь может задавать дорожку. Копирный штифт может быть сцеплен с дорожкой, чтобы обеспечить управление перемещением втулки относительно корпуса. Дорожка может проходить, по меньшей мере, частично, вдоль поверхности окружности, соответственно или втулки или корпуса. Предпочтительно, чтобы дорожка проходила вокруг всего периметра или окружности, соответственно или втулки, или корпуса, в этом случае очищающие элементы и, следовательно, инструмент смогут проходить циклы между рабочим и нерабочим положением непрерывно/повторяемо. Дорожка может содержать множество стопорных положений, разнесенных вокруг поверхности, втулки или корпуса и может содержать по меньшей мере одно стопорное положение, соответствующее каждому осевому положению втулки относительно корпуса. Например, дорожка может содержать по меньшей мере одно первое стопорное положение, соответствующее первому осевому положению втулки относительно корпуса, по меньшей мере одно промежуточное стопорное положение, соответствующее промежуточному осевому положению втулки относительно корпуса, и по меньшей мере одно дополнительное застопоренное положение, соответствующее дополнительному осевому положению втулки относительно корпуса.

Инструмент очистки может содержать приводное средство для перемещения очищающих деталей между рабочим и нерабочим положением. Приводное средство может быть функционально связано с втулкой так, что перемещение втулки во втором направлении может активизировать приводное средство и, следовательно, обеспечить перемещение очищающих элементов из нерабочего положения в рабочее. Приводное средство может быть смонтировано на втулке. Оно может быть выполнено с возможностью перемещать очищающие детали в рабочее положение при перемещении втулки к дополнительному осевому положению втулки.

Приводное средство может иметь форму кулачка, кулачковой поверхности или наклонной поверхности, которые могут быть предусмотрены на втулке или во втулке и которые могут быть наклонными относительно основной оси инструмента. Кулачковая поверхность может иметь возможность перемещения с втулкой относительно корпуса и, следовательно, относительно очищающих элементов, для перемещения очищающих элементов в рабочее положение и может быть выполнена с возможностью перемещать очищающие элементы наружу из корпуса. Кулачковая поверхность может иметь возможность перемещения в положение, в котором она располагается под очищающими элементами или внутрь от них, чтобы перемещать очищающие элементы в их рабочее положение. Реверсивное перемещение кулачковой поверхности может предоставить возможность деталям втянуться в нерабочее положение. Для содействия этому может предусматриваться средство втягивания. Такое средство втягивания может включать в себя по меньшей мере одну пружину или магнит.

Очищающие элементы могут радиально смещаться для улучшения контакта со стенкой обсадной колонны. Очищающие элементы могут смещаться пружинами, такими как линейная пружина-расширитель или плоские волнистые пружины. Предпочтительно, чтобы элементы смещались магнитной левитацией/отталкиванием, с очищающим элементом с первым магнитом и втулкой со вторым магнитом, при которой осевое и/или поворотное совмещение магнитов, и взаимное отталкивание магнитов может смещать и, следовательно, отжимать один магнит от другого.

Очищающие элементы могут физически удерживаться у/относительно корпуса. Это могут выполнять болты, установленные в вырезы деталей. Вырезы могут предусматривать перемещение деталей между рабочим и нерабочим положениями и/или радиально смещенным положением относительно корпуса.

Шаровое гнездо может быть выполнено с возможностью удерживать шар с возможностью высвобождения. Шаровое гнездо может быть выполнено из материала, имеющего возможность деформации/сжатия и может быть выполнено из термопластичного полимера, такого как полиэфирэфиркетон, или иного термопластичного полимера с подходящими свойствами. В таком исполнении шаровое гнездо может деформироваться, когда достаточное давление флюида прилагается к шару, что может вызвать деформацию шарового гнезда и прохождение шара через гнездо или мимо него. После прохождения шара через гнездо или мимо него гнездо может вернуться к своим первоначальным недеформированным размерам. Альтернативно, возможность деформации может иметь шар.

Инструмент может иметь ловитель шаров на своем конце. Ловитель шаров может содержать, по существу, цилиндрический корпус, имеющий первый и второй параллельные каналы, при этом шар, входящий в ловитель, направляется в первый канал, чтобы второй канал оставался открытым для непрерывного прохождения текучей среды через инструмент. Предпочтительно, чтобы второй канал располагался по центру и на оси с осевым каналом, и сам мог быть центральным каналом.

Корпус может включать в себя по меньшей мере одно отверстие, проходящее через него, которое может быть радиальным отверстием и может обеспечивать радиальный выпуск текучей среды из инструмента. Прокачка текучей среды через по меньшей мере одно отверстие может управляться втулкой и, следовательно, перемещение втулки может служить для открытия и закрытия отверстия. В частности, когда втулка находится в осевом положении, относительно корпуса (в котором очищающие элементы находятся в рабочем положении), по меньшей мере одно радиальное отверстие может быть открыто для прохода текучей среды.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения создана бурильная колонна, содержащая буровое долото, и скважинный инструмент очистки, включающий корпус, имеющий проходной канал, втулку, расположенную в проходном канале, включающую шаровое гнездо и смещенную в первом направлении, и множество очищающих элементов, способных перемещаться относительно корпуса между рабочим и нерабочим положениями, при этом шаровое гнездо обеспечивает перемещение втулки во втором направлении, противоположном первому направлению для перемещения очищающих элементов в рабочие положения, в которых они находятся в контакте с стенкой ствола скважины.

Дополнительные признаки инструмента описаны выше в связи с вторым аспектом изобретения.

Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения создается способ бурения и очистки ствола скважины за один рейс, содержащий следующие этапы: обеспечение бурильной колонны, имеющей буровое долото и включающей в себя инструмент очистки с избирательно приводимыми в действие очищающими элементами, выполненными с возможностью контакта со стенкой ствола скважины в рабочем положении и их отведения от указанной стенки в нерабочем положении, бурение ствола скважины с приведением в действие бурового долота и поддержанием очищающих элементов в нерабочем положении и извлечение бурильной колонны из ствола скважины с очищающими элементами, находящимися в рабочем положении, и очищение ствола скважины.

Дополнительные признаки инструмента очистки описаны выше в связи с первым аспектом изобретения.

Согласно еще одному дополнительному аспекту настоящего изобретения создан скважинный инструмент очистки для использования в бурильной колонне в стволе скважины, содержащий, по существу, цилиндрический корпус, имеющий центральный канал, втулку, расположенную в центральном канале и включающую в себя шаровое гнездо, механическое смещающее средство, размещенное между втулкой и корпусом для смещения втулки в первом направлении, приводное средство на втулке для перемещения множества очищающих элементов, расположенных в корпусе, между рабочим и нерабочим положением относительно корпуса, при этом после спуска сбрасываемого шара через центральный канал в реверсивном направлении втулка перемещается против механического смещения так, что очищающие элементы приводятся в действие для выхода из корпуса и контактирования с внутренней поверхностью стенки обсадной трубы.

Согласно еще одному дополнительному аспекту настоящего изобретения создается бурильная колонна, содержащая буровое долото, и инструмент очистки, имеющий, по существу, цилиндрический корпус с центральным каналом, втулку, расположенную в центральном канале и включающую шаровое гнездо, механическое смещающее средство, размещенное между втулкой и корпусом для смещения втулки в первом направлении, приводное средство по втулке для перемещения множества очищающих элементов, расположенных в корпусе, между рабочим и нерабочим положением относительно корпуса, при этом после спуска сбрасываемого шара через центральный канал в реверсивном направлении втулка перемещается против механического смещения так, что очищающие элементы приводятся в действие для выхода из корпуса и контактирования с внутренней поверхностью стенки обсадной трубы.

Дополнительные признаки инструмента очистки описаны выше в связи со вторым аспектом изобретения.

Ниже описан вариант осуществления настоящего изобретения только в виде примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг. 1(а) и 1(b) изображают схематические виды бурильной колонны в стволе скважины, включающей в себя инструмент очистки согласно варианту осуществления настоящего изобретения в рабочем положении 1(а) в нерабочем положении 1(b);

фиг. 2 изображает в увеличенном масштабе вид в продольном разрезе половины инструмента очистки, показанном на фиг. 1(а) и 1(b), в нерабочем положении;

фиг. 3 - вид в разрезе инструмента по линии А-А' на фиг. 2;

фиг. 4(а), 4(b), 4(с) изображают схематические виды механизма сцепления, образующего часть инструмента очистки фиг. 2;

фиг. 5(а) и 5(b) изображают в увеличенном масштабе виды в продольном разрезе половины части инструмента очистки согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения в рабочем положении 5(а) и в нерабочем положении 5(b);

фиг. 6 изображает вид в продольном разрезе инструмента по линии В-В на фиг. 5(b).

На фиг. 1(а) показана бурильная колонна 10, расположенная в стволе 12 скважины. Ствол 12 скважины содержит обсаженную секцию 14 или секцию хвостовика, имеющую внутреннюю цилиндрическую поверхность 16, и обнаженную породу 20. Бурильная колонна 10 содержит секции 22 бурильных штанг, или труб (только одна иллюстрируется), инструмент 24 очистки, шаровой ловитель 26 и буровое долото 28 на конце 30 колонны 10.

Фиг. (1а) показывает типичное бурение, при котором колонна вращается, чтобы буровое долото 28 выбуривало породу 20 забоя 32 скважины 12. Как будет описано ниже, инструмент 24 очистки имеет очищающие элементы 74, которые остаются внутри бурильной колонны 10 во время бурения. Это обеспечивает свободное кольцевое пространство 36 между колонной 10 и стенкой 16, чтобы буровые текучие среды с буровым шламом, захваченным ими, могли прокачиваться к поверхности скважины.

Фиг. 1(b) показывает бурильную колонну 10 по завершении бурения, когда колонна 10 поднимается из скважины 12. Инструмент 24 очистки уже приведен в действие так, что очищающие элементы 74 выступают из инструмента 24 и находятся в контакте с поверхностью 16 обсадной колонны. Когда долото 28 поднимается из скважины 12, очищающие элементы 74 находятся в контакте с внутренней стенкой 16 и очищают ее, чтобы тем самым очистить ствол 12 скважины.

Скважина 12 последовательно бурится при спусковых операциях, очищается при подъемных операциях, и таким образом ствол 12 скважины очищается во время того же рейса, когда бурится скважина. Также при избирательном сцеплении очищающих элементов 74 со стволом 12 скважины, они не блокируют поток бурового раствора во время бурения, но могут впоследствии приводиться в действие, чтобы контактировать со стенкой 16 ствола скважины и эффективно очищать ее, когда бурильная колонна 10 вынимается.

На фиг. 2 показан вид с продольным разрезом на половине инструмента очистки, показанного на фиг. 1(а) и 1(b) согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Инструмент 24 содержит, по существу, цилиндрический корпус 50, имеющий центральный проходной канал 52, который обеспечивает путь прокачки текучей среды через инструмент 24. У верхнего конца 68 корпус 50 имеет муфтовую секцию 56, а у нижнего конца ниппельную секцию 56, чтобы помещать корпус в бурильную колонну 10 (не показана на фиг. 2), как известно в технике.

Внутри корпуса 50 размещена втулка 58, которая уплотнена относительно корпуса 50 набором кольцевых уплотнений 60, 62 и 64. Кольцевое пространство или канал 51 образуется между втулкой 58 и корпусом 50 и ограничивается заплечиком 53 на корпусе 50 и фиксатором 55 на втулке 58. Канал 51 содержит пружину 66, способную смещать втулку 58 в первом направлении к верхнему концу 68 инструмента 24. Величина, на которую может быть перемещена втулка 58, ограничивается фиксатором 70 на корпусе 50.

Несколько комплектов 72 отверстий (только одно показано на фиг. 2) размещены поперечно сквозь корпус 50, причем каждый комплект разнесен в осевом направлении по длине корпуса 50. На фиг. 3, которая является видом поперечного разреза по линии А-А' на фиг. 2, показано, что имеются три такие отверстия 72 в каждом комплекте, указанные индексами a, b и с. В отверстия 72 помещены соответствующие очищающие элементы 74, которые в показанном варианте осуществления настоящего изобретения являются скребками, имеющими лезвия 108. Деталям очистки также даны индексы а, b и с.

Как отмечено выше, в корпусе 50 инструмента есть несколько комплектов отверстий 72 и, следовательно, соответствующее количество комплектов очищающих элементов 74, как показано на фиг. 1(b). Однако только один такой комплект очищающих элементов 74 показан на фиг. 2. Для достижения максимального покрытия стенки 16 обсадной трубы, и тем самым эффективной очистки, очищающие элементы 74 комплектов могут быть сдвинутыми по окружности.

Должно быть понятно, что элементы 74 могут иметь форму щеток, лезвий или любых других абразивных элементов, подходящих для очистки поверхности 16 обсадной трубы 14 в стволе 12 скважины. Эти очищающие элементы 74 не предназначены для резки обсадной трубы 14, которую не следует повреждать во время работ по очистке.

В каждом элементе 74 размещены два эллиптических отверстия 76, 76' (фиг. 3), проходящие сквозь очищающий элемент 74 перпендикулярно центральному каналу 52. Поперечное сечение каждого из отверстий 76, 76' является эллипсом для обеспечения перемещения очищающих элементов 74 относительно удерживающего болта или пальца 78, 78'. Болты 78, 78' размещаются в участках 79 корпуса 50, которые ограничивают отверстие 72. Тем самым, каждый элемент 74 размещен в отверстии 72 двумя болтами 78 (фиг. 2). Тем самым, болты 78 являются неподвижными относительно корпуса 50, и элементы 74 могут перемещаться относительно болтов, когда болты размещаются в эллиптических отверстиях 76. Таким образом, болты 78 обеспечивают физическое ограничение свободы перемещения элементов 74 и устанавливают максимальную величину, на которую элементы 74 могут выступать из корпуса 50.

Также в каждом очищающем элементе 74, помещенном на задней поверхности 80, имеется магнит 82. Магнит 82 смонтирован в нише 84 в элементе 74, и внутренняя поверхность магнита 82 выполнена заподлицо с поверхностью 80. В показанном варианте осуществления изобретения северный полюс магнита 82 выполнен заподлицо с поверхностью 80. Притяжение магнита первоначально удерживает очищающие элементы в нерабочем положении, показанном на фиг. 2 и 3.

На втулке 58, ближайшей к элементам 74, в каждом комплекте элементов имеется наклонная поверхность или кулачковый участок 86. Он иллюстрируется пунктирной линией на втулке 58 в области элемента 74. Наклонная поверхность 86 эффективно смещает элемент 74 радиально наружу, когда втулка 58 перемещается вверх в первом направлении относительно корпуса 50. Таким путем будет иметься совмещение скоса 86 радиально внутрь от элементов 74 и, таким образам, «под » них.

Вторые магниты 90 (показан один) размещены на наружной поверхности 88 втулки 58. Магниты 90, также устроены в выемках 92, так что внешние поверхности магнитов 90 посажены заподлицо с наружной поверхностью 88 втулки 58, с северными полюсами обращенными радиально наружу. Магниты 82, 90 устроены так, что могут совмещаться по направлению оси, когда втулка 58 перемещается вверх относительно корпуса 50.

Перемещение втулки 58 к верхнему концу 68 инструмента 24 заставляет наклонную поверхность 8 6 перемещать очищающие элементы 74 радиально наружу, тем самым механически выдвигая очищающие элементы через их отверстия 72 к стене 16 ствола скважины. Дополнительное перемещение вверх втулки 58 ограничивается фиксатором 70, и в этом положении магниты 82, 90 являются совмещенными по направлению оси. Когда одинаковые полюсы магнитов обращены друг к другу, они будут автоматически отталкивать друг друга, обеспечивая «магнитную левитацию » (отталкивание), когда магниты совмещены. Это взаимное отталкивание между магнитами 82, 90 будет смещать элементы 74 от втулки 58 и инструмента 24 для обеспечения максимального контакта скребков 108 элементов 74 со стенкой 16.

Магниты выполнены самариево-кобальтовыми, хотя могут быть выбраны иные материалы с подходящими свойствами.

Предпочтительно, чтобы материал втулки 58 выбирался таким, чтобы первый магнит 82 жестко удерживал элемент 74 вплотную к втулке 58, пока два магнита 82, 90 не будут сведены вместе.

В канале 52 располагается шаровое гнездо 96, установленное в выемке 98, сформированной во внутренней поверхности 100 втулки 58. Шаровое гнездо идеально описано в международной патентной заявке PCT/GB/001662 на имя заявителя. В этом варианте осуществления изобретения шаровое гнездо 96 имеет возможность упругой деформации и обычно выполняется из такого материала, как полиэфирэфиркетон. Должно быть признано, что и другие полимерные материалы с подходящими упругими свойствами могут быть применены.

Шар или пробка 91 сбрасывается через канал 52 и располагается на верхнем краю 92 шарового гнезда 96. Шар 91 затем герметизирует канал, и, когда давление на шар увеличивается достаточно, шар нажимает на шаровое гнездо 96. Материал шарового гнезда 96 подобран такой, что сжатие уменьшает объем гнезда. Следовательно, проходное отверстие 104 шарового гнезда 96 радиально увеличивается для обеспечения достаточного прохода. Также материал шарового гнезда подобран такой, что когда пробка или шар проходят через гнездо, гнездо 96 возвращается к своей первоначальной форме и объему, показанному на фиг. 2. Таким образом, множество идентичных шаров может быть сброшено через гнездо 96.

Шаровое гнездо 96 этого варианта осуществления изобретения может быть упругим и не обязательно из полимерного материала. Шары должны быть тогда из твердого материала, такого как сталь. Должно быть признано, что само гнездо может быть выполнено из более твердого материала (такого как сталь) и что шары 91 или пробки могут быть из материала с возможностью деформации. Требование просто заключается в том, чтобы пробка размещалась в гнезде в течение достаточно долгого отрезка времени для увеличения давления за пробкой, чтобы толкнуть втулку 58 вниз на пружину 66, до того как увеличившееся давление заставит шар 91 пройти через гнездо и вытеснит его из инструмента 24. Как будет описано ниже, это перемещение втулки 58 обеспечивает перемещение очищающих элементов 74 в их рабочее положение.

Далее будут описаны другие элементы инструмента 24. Первым из них является амортизатор 110, который предотвращает удар, когда втулка 58 перемещается против пружины 66. Амортизатор 110 имеет кольцевой зазор или промежуток, расположенный между камерой 114, в которую открываются отверстия 72, и камерой 116, образуемой между корпусом 50, фиксатором 70 и втулкой 58. Зазор 112 обеспечивает управляемый приток и отток текучей среды в камеру 114 и из нее, когда осуществляется перемещение втулки 58.

Также по длине корпуса 50 расположены одно или несколько выпускных радиальных отверстий 118. Эти радиальные отверстия 118 обеспечивают выпуск текучей среды из канала 52 инструмента 24, когда втулка 58 является полностью смещенной пружиной 66. Таким путем втулка 58 перемещается из закрытого положения, в котором она закрывает отверстия 118, так, что существует свободный проход между каналом 52 и отверстием 118. В этом положении текучая среда может быть использована для содействия перемещению шлама или других материалов в кольцевом пространстве 36 между инструментом и стенкой 106 ствола скважины. Должно быть понятно, что отверстия 118 могут быть направлены (например, наклонены), чтобы улучшить промывочные свойства текучей среды, и они могут также включать в себя сопла и/или насадки для увеличения эффективности промывки, как этого требуется. Также должно быть понятно, что в другом варианте осуществления изобретения может в равной степени быть отверстие, расположенное по длине втулки так, что когда отверстие во втулке 58 совмещается отверстием 118 в корпусе, осуществляется выпуск текучей среды через инструмент. Отмечено, что отверстия 118 расположены под элементами 74. Это фактически означает, что текучая среда, выпускаемая струей из отверстий 118, используется для очищения материала, который только что был снят скребком со стенки 16 ствола скважины, когда инструмент 24 удаляется из ствола 12 скважины.

Еще одним дополнительным элементом инструмента 24 является механизм 120 сцепления, который сцепляет втулку 58 с корпусом 50 и управляет их перемещениями друг относительно друга. Часть механизма 120 иллюстрируется на фиг. 4(а), 4(b), 4(с), которые являются видами развертки индексируемой втулки 122, смонтированной на втулке 58 и стопорного штифта 124, расположенного по длине корпуса 50. Хотя иллюстрируется только один стопорный штифт 124, инструмент 24 мог бы обычно иметь три или более фиксаторов, чтобы распределять нагрузку на механизм. Втулка 122 смонтирована с возможностью вращения на втулке 58, но удерживается от осевого перемещения относительно втулки 58 заплечиком 123 втулки и стопорным кольцом 55. Втулка 122 включает в себя профилированную канавку 126 или дорожку на цилиндре на наружной поверхности 128, в которой располагается стопорный штифт 124.

Как показано на фиг. 4(а), 4(b), 4(с) канавка 126 проходит по окружности вокруг втулки 122, и последовательно канавка 126 обеспечивает непрерывный путь. Путь по канавке 126 имеет зигзагообразный профиль для обеспечения осевого и вращательного перемещения втулки 58 относительно корпуса 50. Пружина 66 смещает втулку 58 к стопорному штифту 124. Канавка 126 включает в себя удлиненный продольный участок 128, который задает застопоривание на каждом втором нижнем пике дорожки. Дополнительные фиксаторы или стопоры 130 располагаются на верхних изгибах 132 дорожки, чтобы удерживать стопорный штифт у изгибов и обеспечить запирающую функцию инструменту 24. Фиксаторы 130 предусматриваются в направлении вращательного перемещения стопорного штифта 124 вдоль канавки 126.

При использовании инструмент 24 соединяется с бурильной колонной 10 посредством муфтовой секции 54 и ниппельной секции 56, вместе с ловителем 26 шара и буровым долотом 28, как иллюстрируется на фиг. 1(а). При размещении на бурильной колонне инструмент 24 установлен в первое положение, как показано на фиг. 2. В этом положении пружина 66 смещает втулку 58 к стопорному штифту 124 так, что штифт 124 располагается в фиксаторе 130 между продольными участками 128 канавки 126, как иллюстрируется на фиг. 4(а). В этом первом осевом положении втулки 58 относительно корпуса 50 магниты держат элементы 74 прижатыми к поверхности 86 втулки 58 так, что элементы 74 являются втянутыми или расцепленными от стенки 16 ствола скважины. Как показано на фиг. 2, в этом положении скребки 108 расположены заподлицо с наружной поверхностью корпуса 50. Следовательно, скребки 108 не мешают спуску инструмента в этой конфигурации. Также втулка 58 закрывает отверстие 118, так что вся текучая среда в бурильной колонне проходит через канал 52 к буровому долоту 28.

Бурильная колонна 10, включающая в себя буровое долото 28 и очищающий инструмент 24, затем спускается в ствол 12 скважины к концу скважины 30, где имеет место бурение с использованием бурового долота 28. Во время бурения буровой раствор прокачивается через канал 52 к буровому долоту 28 и возвращается наверх через кольцевое пространство 36 между колонной 10 и стенкой 16 ствола скважины. Этот проход текучей среды способствует подъему из скважины шлама, образованного буровым долотом 28. Должно быть понятно, что двигатели, приводимые в действие прокачиваемым буровым раствором, могут располагаться за буровым долотом, чтобы приводить в движение буровое долото, как известно в технике.

Когда необходимо остановить бурение и поднять буровое долото 28 из ствола скважины, шар 91 (или другая пробка) сбрасывается в канал 52. Шар проходит к гнезду 96, вследствие чего он блокирует проход текучей среды вниз через колонну 10 и канал 52. В результате блокирования прохода текучей среды давление за шаром увеличивается, при этом действуя силой давления на втулку 58. Эта сила давления передается на пружину 66, сжимая пружину так, что втулка 58 перемещается вниз. Такое перемещение передвигает шаговую втулку 122, которая вращается так, что фиксатор размещается в изгибе 132. Это называется промежуточным или «подготовительным » положением инструмента. В этом положении наклонная поверхность 86 и элементы 74 разделены по оси, и магниты 82 держат элементы на втулке 58 в их нерабочем положении.

Когда давление на шар 91 повышается, он продавливается через шаровое гнездо 96 сжатием шарового гнезда в его объеме и затем шаровое гнездо возвращается к своей первоначальной недеформированной конфигурации. Шар 91 выходит из инструмента 24 в ловитель шара, расположенный под ним. Может быть использован любой подходящий ловитель шара. Пример одного такого ловителя раскрыт в публикации международной патентной заявки WO2004/094779 на имя данного заявителя. Этот ловитель шара предусматривает боковой путь для шаров, чтобы удерживать во время эксплуатации центральный канал через инструмент открытия для прохождения текучей среды и/или других инструментов.

Когда шар 91 проходит через шаровое гнездо 96, сила давления текучей среды, действующая на пружину 66, сокращается и в результате втулка 58 проходит вверх на шаговый фиксатор 124, при этом вращая шаговую втулку 122. Шаговый фиксатор 124 затем оказывается в продольном участке 128. Это относится ко второму положению или «сцепленному » положению. Его можно также отнести к действующему положению, поскольку во время перемещения втулки 58 элементы 74 проходят вверх по наклонной поверхности 86, заставляя магниты 82, 90 совмещаться по направлению оси. Совмещение магнитов 82, 90 вызывает магнитную левитацию (отталкивание), таким образом, отклоняя элементы 74 наружу от инструмента 24. Перемещение элементов, таким образом, обеспечивается двумя путями. Во-первых, физическим перемещением, когда наклонная поверхность 86 перемещается вверх, смещая элементы 74 наружу, и во-вторых, радиальным отклонением от магнитной левитации, когда магниты 82, 90 совмещаются и отталкиваются друг от друга.

Теперь элементы 74 держатся вплотную к стенке 106 ствола скважины и поступательным перемещением инструмента 24 относительно ствола 12 скважины скребки 108 очищают стенку 16 ствола скважины. Вследствие длины участка 128 инструмент 24 остается эффективно запертым в этом положении, поскольку любые незначительные отклонения в осевом перемещении между втулкой 58 и корпусом 50 не будут заставлять стопорный штифт 124 выходить из участка 128.

Перемещение втулки 58 в положение срабатывания также раскрывает отверстия 118. Таким образом, текучая среда, прокачиваемая вниз по колонне 10, когда инструмент 24 очищает стенку 16 ствола скважины, выходит из канала 52 через отверстия 118 для воздействия на пройденную скребком поверхность 16, чтобы дополнительно улучшить удаление отложений шлама из ствола 12 скважины. Этот выброс текучей среды будет обнаружен по падению давления у поверхности скважины и может быть использован, как индикатор, что втулка 58 уже переместилась в положение срабатывания, и элементы 74 приведены в действие.

Если поверхность 16 ствола скважины не требует очистки, когда удаляется инструмент 24, элементы 74 могут быть втянуты сбрасыванием дополнительного шара (не показано), и циклическим перемещением втулки 52 в первое положение, показанное на фиг. 2, в котором стопорный штифт 124 находится в изгибе 132. Такие участки ствола скважины, где очистка не требуется, могут быть у уплотнений, клапанов и т.п., где действие скребков может повредить эти части. Когда элементы 74 очистили такие участки, инструмент может быть вновь приведен в рабочее состояние сбрасыванием еще одного дополнительного шара (не показано) через колонну 10.

Эта перенастройка может вдобавок потребоваться, если решается, что буровое долото 28 должно быть спущено ниже в скважину для достижения элементом 74 конца последней секции обсадной колонны. Здесь, если элементы не могут быть втянуты, они могут заставить инструмент помяться в результате контакта с секцией обсадной колонны, когда колонна поднимается. Когда требуется убрать элементы 74, дополнительный шар (не показано) может быть сброшен через канал 52. Шар входит в контакт с шаровым гнездом 96 и в результате повышение давления текучей среды переместит втулку 58 обратно в положение срабатывания внутри изгиба 132. Когда шар продавливается через гнездо (увеличением давления флюида), шаговая втулка 122 опять вращается так, что фиксатор 124 оказывается в первом положении фиг. 4(а). Магниты 82, 90 уже разведены, и первый магнит 82 будет находиться в контакте с поверхностью 94 втулки 58 и держать элементы 74 опять во втянутом положении. Сбрасыванием дополнительных шаров через инструмент очищающие элементы 74 могут быть задействованы и выключены любое число раз. Максимальное число может зависеть от емкости ловителя шаров.

На фиг. 5(а) и (b) показаны детальные виды с половиной в разрезе части инструмента 24А очистки согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения. Одинаковые с инструментом 24 очистки фиг. 1(а)-4(с) комплектующие детали инструмента 24А очистки имеют одинаковые позиции с добавлением индекса «А ». Только существенные отличия между инструментом 24А и инструментом 24 фиг. 1(а)-4(с) будут описаны в этом документе.

Инструмент 24А включает в себя очищающие элементы 74А, один из которых показан на фиг. 5(а) и (b) имеющие скребковые лезвия 108А. Инструмент 24А показан в нерабочем положении на фиг. 5(а) и в рабочем положении на фиг. 5(b). Как показано на фиг. 6, которая является видом в разрезе инструмента 24А по линии В-В фиг. 5(b), должно быть отмечено, что предусмотрены три таких очищающих элемента 74Аа, 7Ab, 74Ас, причем каждый способен перемещаться относительно корпуса 50А инструмента 24А парами удерживающих болтов 78А, причем каждый болт располагается в отверстиях 76А. Должно быть понятно, что предусмотрено несколько разнесенных по оси комплектов очищающих элементов 74А аналогично инструменту 24. В отверстиях 76А размещены пружины 134, нормально смещающие очищающие элементы 74А в их втянутое положение фиг. 5(а).

На месте магнитов 82, 90 инструмента 24 очистки каждый очищающий элемент 74А включает в себя волнистую пружину 136, которая смонтирована на задней поверхности 82А соответствующих очищающих элементов 74А болтом 138. Когда втулка 58А перемещается вверх с размещением сбрасываемого шара на шаровом гнезде (не показано), в виде, описанном выше, скос 86А на втулке 58А действует чтобы выжимать очищающие элементы 74А радиально наружу против отклоняющей силы пружин 134 и деформирует волнистую пружину 136. Это выжимает очищающие элементы 74А радиально наружу в контакт со стенкой ствола скважины, такой как стенка 16 обсадной колонны 14, размещенной в стволе 12 скважины, показанной на фиг. 1(а). Бурильная колонна 10а, несущая инструмент 24А очистки, затем поступательно перемещается относительно стенки 16 ствола скважины в движении кверху ствола (к земной поверхности) для очистки ствола скважины. Втулка 58А проходит цикл между различными осевыми положениями, управляемая использованием сбрасываемых шаров для избирательного выдвижения и втягивания очищающих элементов 74А в режиме, описанном выше, относительно инструмента 24 очистки. Когда втулка 58А поджимается вниз, к положению, показанному на фиг. 5(а), очищающие элементы 74А возвращаются в свое убранное нерабочее положение пружинами 134.

Должно быть понятно, что хотя описание относится к относительным положениям «над » и «под » и используются термины, такие как «вверх » и «вниз », представленные инструмент и способ в настоящем изобретении могут быть равнозначно использованы в горизонтальных и наклонных стволах скважин и не ограничиваются вертикальными скважинами. Таким образом, термины над и вверху могут относиться к расположению или перемещению вверх по стволу скважины, тогда как под и внизу могут относиться к расположению или перемещению вниз по стволу скважины.

Принципиальным преимуществом настоящего изобретения является то, что оно обеспечивает способ бурения и очистки ствола скважины во время одного рейса в ствол скважины. Дополнительным преимуществом настоящего изобретения является то, что при производстве одного рейса, порода ствола скважины не остается обнаженной на чрезмерный период времени, который мог бы потребоваться, если нужен второй рейс в ствол скважины.

Дополнительным преимуществом настоящего изобретения является то, что очищающие элементы могут избирательно включаться и выключаться из работы, независимо от бурения или давления текучей среды в инструменте. В частности, когда инструмент выключается из работы, очищающие элементы перемещаются обратно в корпус, это предотвращает застопоривание при подъеме из ствола скважины. Вдобавок, промывочные отверстия могут быть закрыты, чтобы тянуть инструмент через бурильную колонну быстрее, и с выведением скребков из зацепления инструмент будет подниматься из скважины быстрее, когда работы по очистке завершены.

Разнообразные видоизменения могут быть выполнены для изобретения, описанного в этом документе, отходящие от его объема.

Например, в то время как, была описана вращаемая (с поверхности) бурильная колонна, чтобы вращать и приводить в действие буровое долото, должно быть понятно, что бурильная колонна может содержать забойный двигатель, такой как винтовой забойный двигатель или турбомотор для привода долота.

Магнит на втулке, используемый для выжимания очищающих элементов в рабочее положение может быть по форме кольцевым, альтернативно, могут быть предусмотрены несколько отдельных изогнутых магнитов.