Устройство для сверления отверстия в скважинном трубном изделии и для последующего нагнетания текучей среды или смеси текучих сред в кольцевое пространство или пласт, окружающий скважинное трубное изделие, сверло для данного устройства и способы использования данного устройства

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВЕРЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЯ В СКВАЖИННОМ ТРУБНОМ ИЗДЕЛИИ И ДЛЯ ПОСЛЕДУЮЩЕГО НАГНЕТАНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ ИЛИ СМЕСИ ТЕКУЧИХ СРЕД В КОЛЬЦЕВОЕ ПРОСТРАНСТВО ИЛИ ПЛАСТ,ОКРУЖАЮЩИЙ СКВАЖИННОЕ ТРУБНОЕ ИЗДЕЛИЕ, СВЕРЛО ДЛЯ ДАННОГО УСТРОЙСТВА И СПОСОБЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДАННОГО УСТРОЙСТВА Устройство для сверления отверстия в скважинном трубном изделии и последующего нагнетания текучей среды или смеси текучих сред в кольцевое пространство или пласт, окружающий скважинное трубное изделие, содержит кожух и компоновку сверла, установленную внутри кожуха. В компоновке сверла установлено сверло с режущими кромками и канавками, проходящими по его наружной поверхности. Устройство дополнительно содержит средство вращения, выполненное с возможностью вращения компоновки сверла, и средство для подачи текучей среды или смеси текучих сред в канавки вращающегося сверла. Уплотнение, окружающее сверло, выполнено с возможностью уплотнения устройства к внутренней поверхности скважинного трубного изделия.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: МЕРСК ОЛИЕ ОГ ГАС А/С (DK) Область техники изобретения Настоящее изобретение относится к устройству для сверления отверстия в скважинном трубном изделии и последующего нагнетания текучей среды или смеси текучих сред в кольцевое пространство или пласт, окружающий скважинное трубное изделие, содержащее кожух, компоновку сверла, расположенную внутри кожуха и содержащую сверло, имеющее одну или несколько режущих кромок и канавок,проходящих по его наружной поверхности, и средство вращения, соединенное с компоновкой сверла и выполненное с возможностью вращения компоновки сверла. Предпосылки изобретения При строительстве нефтяных и газовых скважин в пробуренную скважину вводят скважинное трубное изделие. Для оптимизации эксплуатации в некоторых случаях необходимо выполнение операций, воздействующих на кольцевое пространство, окружающее скважинное трубное изделие, с помощью, например, нагнетания некоторых веществ. Обычным способом для осуществления этого является создание перфорации в скважинном трубном изделии и последующее нагнетание веществ. Задача создания перфорации и нагнетания веществ не является тривиальной. Часто требуется выполнение многочисленных затратных по времени операций внутри скважины. На первом этапе скважину необходимо герметизировать ниже зоны перфорирования. На втором этапе развертывают устройство для создания перфорации. На третьем этапе устройство для нагнетания веществ через перфорационный канал спускают в скважину, и на четвертом этапе установленное уплотнение следует удалить для обеспечения эксплуатации скважины. В патенте США 6915853 описано устройство для сверления горизонтальных отверстий в нефтяной скважине. Устройство содержит удерживающее средство для своей установки на нужное место в скважине и сверлильное средство, радиально выдвигающееся для перфорирования скважинной обсадной колонны. Когда устройство установлено на требуемое место в скважине, сверлильное средство может радиально выдвигаться с приведением в действие рычага, инициирующего сверлильную операцию. В патенте США 6772839 описано устройство для перфорирования скважинного трубного изделия и нагнетания веществ через пробивающий элемент в кольцевое пространство. Устройство содержит корпус инструмента, подходящий для размещения в скважинном трубном изделии, перфорирующую компоновку и центрирующую компоновку для надлежащей установки устройства в скважинном трубном изделии. Устройство дополнительно содержит гидравлическое соединение с наземным оборудованием скважины для подачи веществ, подлежащих нагнетанию через устройство. Время является критическим фактором при выполнении операций внутри нефтяной скважины. Известны многочисленные примеры способов сверления отверстий в скважинном трубном изделии и нагнетания веществ. Вместе с тем, данные операции выполняют в виде отдельных операций, каждая из которых требует многочисленного оборудования и времени на выполнение. Сущность изобретения Согласно изобретению создано устройство для сверления отверстия в скважинном трубном изделии и последующего нагнетания текучей среды или смеси текучих сред в кольцевое пространство или пласт,окружающий скважинное трубное изделие. Это достигается с помощью устройства, содержащего средство для подачи текучей среды или смеси текучих сред в канавки вращающегося сверла, уплотнение,окружающее сверло, для уплотнения устройства к скважинному трубному изделию, приводное средство для перемещения компоновки сверла к скважинному трубному изделию. Согласно изобретению создан способ использования устройства для выполнения операций внутри скважинного трубного изделия и нагнетания текучей среды или смеси текучих сред через перфорацию в стенке скважинного трубного изделия. Также создано сверло, имеющее режущие кромки и канавки, проходящие по его наружной поверхности, и установленное по периферии уплотнение. Предпочтительным в данном случае является совмещенное использование канавок как для сверления, так и для нагнетания текучей среды или смеси текучих сред. Благодаря использованию уплотнения в комбинации со сверлом канавки можно использовать для нагнетания. Это позволяет уменьшить количество операций и времени, необходимого для нагнетания вещества в кольцевое пространство, окружающее скважинное трубное изделие. В одном варианте осуществления изобретения создано устройство, в котором канавки, проходящие по наружной поверхности сверла, являются спиральными канавками. В другом варианте осуществления изобретения создано устройство, в котором средство для подачи текучей среды или смеси текучих сред в канавки гидравлически соединено с емкостью внутри кожуха,которая является подходящей для содержания текучей среды или смеси текучих сред. В другом варианте осуществления изобретения создано устройство, в котором средство для подачи текучей среды или смеси текучих сред в канавки соединено с концом сверла, противоположным режущей кромке, так, что текучие среды можно подавать из устройства в кольцевое пространство по канавкам, когда сверло проходит через скважинное трубное изделие. Другие варианты осуществления изобретения изложены в зависимых пп.2, 4 и 6-16 формулы изобретения. Краткое описание чертежей Изобретение описано ниже более подробно для вариантов осуществления, показанных на прилагаемых фигурах. Следует понимать, что показанные варианты осуществления используются для примера и не должны быть использованы для ограничения объема изобретения. На фиг. 1 а-1 с показано сечение А-А устройства, показанного на фиг. 3. На фиг. 1 а показана компоновка сверла в промежуточном положении, когда сверло уже проперфорировало скважинное трубное изделие. На фиг. 1b показана компоновка сверла в промежуточном положении, когда уплотнение касается внутренней поверхности скважинного трубного изделия. На фиг. 1 с показана компоновка сверла в максимально выдвинутом положении, когда уплотнение прижато к внутренней поверхности скважинного трубного изделия. На фиг. 2 показан схематичный чертеж одного варианта осуществления уплотнения. На фиг. 3 показано продольное сечение части устройства. На фиг. 4 показан схематичный чертеж одного варианта осуществления устройства с поддомкрачивающими рычагами в выдвинутом положении. Следует подчеркнуть, что термин "содержит/содержащий/состоит из" при использовании в данном описании означает присутствие указанных признаков, этапов или компонентов, но не исключает присутствия или добавления одного или нескольких других признаков, целых чисел, этапов, компонентов или их групп. Подробное описание вариантов осуществления На чертежах показан один вариант осуществления устройства 50, имеющего кожух 11, компоновку сверла и средство 14 вращения. Компоновка сверла размещена в кожухе 11 и соединена со средством 14 вращения. Компоновка сверла содержит втулку 12 в форме трубчатого элемента с верхней плитой 6, сверло 1 и уплотнение 2 сверлильного устройства. Сверло 1 и уплотнение 2 установлены на верхней плите 6. Уплотнение 2 расположено вокруг сверла 1 у его основания. Основание сверла 1 следует понимать, как место, где сверло 1 пересекает верхнюю плиту 6. Сверло 1 имеет передний конец 4 конической формы и хвостовик 5, проходящий через верхнюю плиту 6. Спиральные канавки 3 проходят по наружной поверхности сверла 1 от переднего конца 4 до хвостовика 5. Дополнительно, сверло 1 имеет режущие кромки,расположенные на переднем конце 4 вдоль спиральных канавок 3. Сверло 1 можно называть спиральным сверлом. Вращающее средство 14 соединено с втулкой 12 компоновки сверла с помощью шестерни 15, например, цилиндрического прямозубого зубчатого колеса/шестерни. При приведении в действие средство 14 вращения вращает втулку 12, обусловливая вращение сверла 1 и уплотнения 2. Средство вращения может, например, представлять собой электродвигатель, гидросистему или другое средство, известное специалисту в данной области техники. Сверло 1 установлено на верхней плите 6 таким способом, что в канавки 3, проходящие по всей длине до хвостовика 5 сверла 1, имеется доступ со стороны хвостовика 5. В зависимости от этапа работы канавки 3 являются либо канавками для удаления отходов сверления или нагнетательными канавками для нагнетания текучей среды или смеси текучих сред. Компоновка сверла может радиально перемещаться из отведенного положения внутри кожуха 11,показанного на фиг. 3, в выдвинутое положение, показанное на фиг. 1 с. Когда необходимо, компоновка сверла может отводиться на место внутри кожуха 11. Радиальное перемещение компоновки сверла можно обеспечить с помощью различных средств привода, например с помощью гидравлического давления,механического или другого средства, известного специалисту в данной области техники. В одном варианте осуществления компоновка сверла перемещается с помощью подачи гидравлического давления во втулку 12. С помощью приложения давления к компоновке сверла и с ее перемещением можно проводить операции сверления. Во время операций сверленияотходы сверления могут уходить от сверла 1 через канавки 3. Размер отходов сверления определяется, кроме прочего, комбинацией конструктивного исполнения сверла, величиной давления, приложенного к сверлу 1, и частотой вращения. Для достижения удовлетворительного результата сверления сверло 1 имеет специальные режущие кромки станочной обработки и специальный угол заточки. Когда сверло 1 просверливает скважинное трубное изделие 20, создается непроницаемое для текучей среды уплотнение благодаря дополнительному перемещению компоновки сверла, при этом уплотнение 2 прижимается к скважинному трубному изделию 20. На фиг. 2 показан схематичный чертеж одного варианта осуществления уплотнения 2, содержащего наружное кольцо 21, например манжетное уплотнение, и внутреннее кольцо 21, например поперечное уплотнение. Когда уплотнение 2 прижимается к внутренней поверхности скважинного трубного изделия 20 и давление текучей среды растет внутри наружного кольца 21, создается непроницаемое для текучей среды уплотнение между уплотнением 2 и внутренней поверхностью скважинного трубного изделия 20. Уплотнение 2 является самоупрочняющимся, поскольку давление текучей среды должно усиливать дей-2 023414 ствие механизма уплотнения. Давление, приложенное к внутренним поверхностям уплотнения 2, должно усиливать действие уплотнения. Установленное уплотнение создает гидравлическое соединение, проходящее от хвостовика 5 сверла 1 через нагнетательные канавки 3 в кольцевое пространство или, при особых обстоятельствах, в пласт, окружающий скважину. При компоновке сверла, находящейся в максимально выдвинутом положении, и уплотнении 2,прижатом к скважинному трубному изделию 20, можно проводить нагнетательные операции. С помощью подачи текучей среды или смеси текучих сред через средство для подачи текучей среды к хвостовику 5 сверла 1 текучую среду или смесь текучих сред можно нагнетать через нагнетательные канавки 3 в кольцевое пространство скважины или в пласт. Текучую среду или смесь текучих сред, такую как, среди прочего, эпоксидный состав, подают из одной или нескольких емкостей внутри кожуха 11 через канал 7 подачи в нагнетательные канавки 3. В одном варианте осуществления устройство имеет различные емкости, содержащие разные текучие среды или смеси текучих сред. Внутри канала 7 подачи расположено средство перемешивания (не показано) подаваемых текучих сред. Данным средством может, например,быть статический перемешиватель, обусловливающий, благодаря воздействию на пути потока, перемешивание текучих сред. Давление нагнетаемой текучей среды или смеси текучих сред должно удалять отходы сверления,которые могут накапливаться в канавках во время операций сверления. В случае закупоривания нагнетательных канавок во время нагнетания сверло может вращаться для удаления закупоривающего материала. Часть канала 7 подачи, соединенная с хвостовиком 5 сверла 1, выдвигается при перемещении сверла 1 в радиальном направлении. Перемещение выполняется благодаря втулке 12, перемещающейся относительно втулки 13 канала подачи. При перемещении сверла 1 к выдвинутому положению перекрывание между втулкой 12 и втулкой 13 канала подачи постепенно уменьшается с увеличением общей длины канала подачи. Для управления положением сверла 1 система датчика включена в состав устройства 50. Система датчика используется для предотвращения повреждения уплотнения 2 при одновременном его вращении и прижатии к внутренней поверхности скважинного трубного изделия 20. Когда сверло 1 проперфорировало скважинное трубное изделие 20, вращение компоновки сверла останавливают в заданном положении. Компоновка сверла затем перемещается вперед, и уплотнение 2 прижимается к внутренней поверхности скважинного трубного изделия 20 для соединения с ним и создания непроницаемого для текучей среды уплотнения. В одном варианте осуществления система датчика является системой магнитного датчика, содержащей магнит (не показан), жестко соединенный с втулкой 12, и датчика (не показан), расположенного внутри кожуха 11 для регистрации точного положения сверла (1) в радиальном направлении. Вместе с тем, специалисту в данной области техники должно быть ясно, что вышеописанную систему датчика можно создать многими различными способами. Использование изобретения После описания самого устройства приводится описание его использования и работы с дополнительными деталями. Устройство, подходящее для работы внутри скважины, вводят в скважинное трубное изделие с помощью обычного средства, такого как гибкая насосно-компрессорная труба, бурильная колонна или т.п.,известного специалисту в данной области техники и поэтому не описываемое подробно дополнительно. После установки устройства в нужное положение поддомкрачивающие рычаги 41 выдвигаются из кожуха 11 (фиг. 4). Поддомкрачивающие рычаги 41 служат для закрепления устройства внутри скважинного трубного изделия во время операций сверления и нагнетания. Когда устройство прижато к внутренней поверхности скважинного трубного изделия, можно начинать операции сверления с перемещением компоновки сверла в радиальном направлении к внутренней поверхности скважинного трубного изделия 20. Благодаря вращению и постепенному перемещению вперед сверла режущая кромка сверла имеет возможность сверления сквозь скважинное трубное изделие 20. Когда сверло проперфорировало скважинное трубное изделие 20, уплотнение 2 прижимается к внутренней поверхности скважинного трубного изделия 20 благодаря дополнительному перемещению вперед компоновки сверла. Созданный проход потока текучей среды через нагнетательные каналы 3 сверла 1 с непроницаемым для текучей среды уплотнением можно использовать для нагнетания текучей среды или смеси текучих сред в кольцевое пространство. В случае подачи под давлением текучей среды или смеси текучих сред, такой как эпоксидный состав, к хвостовику 5 сверла 1 текучая среда или смесь текучих сред должна проходить через нагнетательные канавки 3 в кольцевое пространство окружающей скважины. После нагнетания текучей среды или смеси текучих сред сверло 1 отводится на место внутри кожуха 11, как показано на фиг. 3. Поддомкрачивающие рычаги 41 отводятся, и устройство больше не является закрепленным внутри скважинного трубного изделия. Устройство можно затем переместить для выполнения операций на другое место, или поднять из скважины и готовить к последующему повторному развертыванию. Использование описанного выше устройства не ограничено скважинными трубными изделиями. Данное устройство можно также использовать в других трубных конструкциях, таких как, без ограничения этим, системы трубной разводки, водосточные трубы, водопроводные трубы, канализационные трубы, отводные трубы, вентиляционные шахты, дымоходы, башни ветряных электростанций, туннели или узкие шахты. Следует отметить, что в приведенном выше описании с прилагаемыми фигурами пример вариантов осуществления показан упрощенно и схематично. Внутренние электронные схемы и механические детали не показаны, поскольку специалисту в данной области техники должны быть знакомы данные детали,и они только неоправданно усложняют данное описание. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для сверления отверстия в скважинном трубном изделии и последующего нагнетания текучей среды или смеси текучих сред в кольцевое пространство или пласт, окружающий скважинное трубное изделие, при этом упомянутое устройство содержит кожух, компоновку сверла, установленную внутри кожуха и содержащую сверло, имеющее одну или несколько режущих кромок и канавок, проходящих по наружной поверхности сверла, средство вращения, соединенное с компоновкой сверла и выполненное с возможностью вращения компоновки сверла, средство для подачи текучей среды или смеси текучих сред в канавки вращающегося сверла, приводное средство для перемещения компоновки сверла в направлении к скважинному трубному изделию, отличающееся тем, что упомянутые одна или несколько режущих кромок и канавок проходят по наружной поверхности упомянутого сверла от переднего конца до хвостовика, уплотнение, окружающее часть сверла рядом с хвостовиком, для уплотнения упомянутого устройства к поверхности скважинного трубного изделия и обеспечивающее герметичное уплотнение вокруг упомянутой части сверла, при этом упомянутое уплотнение создает гидравлическое соединение, проходящее от хвостовика сверла через нагнетательные канавки 3 в кольцевое пространство или в пласт, окружающий скважину. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что канавки, проходящие по наружной поверхности сверла, являются спиральными канавками. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что средство для подачи текучей среды или смеси текучих сред в канавки гидравлически соединено с емкостью внутри кожуха, подходящей для содержания текучей среды или смеси текучих сред. 4. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что средство для подачи текучей среды или смеси текучих сред в канавки гидравлически соединено с емкостями внутри кожуха,подходящими для содержания различных текучих сред или смесей текучих сред. 5. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что средство для подачи текучей среды или смеси текучих сред в канавки соединено с концом сверла, противоположным режущей кромке, так что текучая среда может подаваться из устройства в кольцевое пространство по канавкам при проходе сверла через скважинное трубное изделие. 6. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что сверло является подвижным относительно уплотнения. 7. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что приводное средство приспособлено для отвода компоновки сверла. 8. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что давление нагнетаемой текучей среды способно усиливать уплотняющее действие уплотнения при нагнетании текучей среды или смеси текучих сред. 9. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что уплотнение имеет сходящиеся внутренние поверхности. 10. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что содержит датчик определения положения сверла в радиальном направлении. 11. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что компоновка сверла содержит вращающуюся втулку, соединенную со сверлом и с приводным средством. 12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что датчик является магнитным датчиком, содержащим магнит, жестко установленный на втулке, и датчиком, установленным внутри кожуха для регистрации положения магнита. 13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что втулка соединена со средством вращения. 14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что уплотнение установлено на втулке. 15. Устройство по п.8, отличающееся тем, что уплотнение установлено на кожухе. 16. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что содержит средство прижатия устройства к внутренней поверхности скважинного трубного изделия. 17. Устройство по любому из пп.1-16, предназначенное для выполнения операций внутри скважинного трубного изделия. 18. Устройство по п.16, предназначенное для нагнетания текучей среды или смеси текучих сред че-4 023414 рез перфорацию в стенке скважинного трубного изделия. 19. Устройство по любому из пп.1-16, в котором уплотнение сверла, окружающее основание сверла,предназначено для уплотнения устройства по отношению к трубному скважинному изделию и обеспечивает герметичное уплотнение вокруг основания сверла. 20. Способ нагнетания текучей среды в пласт с использованием устройства по любому из пп.1-16, в котором сверлят отверстие в скважинном трубном изделии с использованием сверла, содержащего режущие кромки и канавки, проходящие по наружной поверхности упомянутого сверла от переднего конца до хвостовика, и нагнетают текучую среду через нагнетательные канавки при проходе сверла через скважинное трубное изделие.