RU2002025C1

RU2002025C1 - Sele-orienting bottom-hole hydraulic deflecting tool

Info

Publication number: RU2002025C1
Authority: RU
Inventors: Михаил Никифорович Григорьев; Валерий Иванович Игревский; Тать на Михайловна Григорьева; Петр Михайлович Григорьев
Original assignee: Михаил Никифорович Григорьев; Тать на Михайловна Григорьева
Priority date: 1991-03-01
Filing date: 1991-03-01
Publication date: 1993-10-30

Abstract

Использование: дл управлени азимутальным искривлением стволов наклонно-направленных скважин Сущность изобретени : устройство включает цилиндрическую камеру с чувствительным элементом-ма тником. В нижней части цилиндрической камеры установлен опорный фланец и клапанна головка с н прарл южмм фл Чцем Полость клапанной головки гидравлически св зана шлангами с полостью камер, выдвигающих опорные колодки , установленные на основании, св занном с корпусом. Цилиндрическа камера установлена в корпусе с возможностью поворота относительно основани , что обеспечивает возможность установки откпонител в указанном направлении без вращени колонны труб. 10 ил.Usage: for controlling the azimuthal curvature of deviated wellbores SUMMARY OF THE INVENTION: the device includes a cylindrical chamber with a sensing pivot element. In the lower part of the cylindrical chamber, there is a support flange and a valve head with a nipple south mm fl. Choz The cavity of the valve head is hydraulically connected by hoses to the cavity of the chambers that extend the support blocks mounted on the base connected to the body. The cylindrical chamber is mounted in the housing with the possibility of rotation relative to the base, which makes it possible to install the diverter in the indicated direction without rotating the pipe string. 10 ill.

Description

Изобретение относитс к техническим средствам дл управлени траекторией бур щихс наклонно-направленных и вертикальных скважин, а также дл забуривани вторых стволов в аварийных скважинах. The invention relates to technical means for controlling the trajectory of drilled directional and vertical wells, as well as for drilling second shafts in emergency wells.

Известии забойные самоориентирующиес отклонители, работа которых не требует спуска на забой специальных приборов нл их ориентировки. В конструкци х этих механизмов используютс -эксцентричные грузы, ма тники, диски с отверсти ми, цилиндры с эксцентричными центами т жести , которые через кинематическую и гидравлическую св зь управл ют упорными плунжерами и планками. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению вл етс изобретение.News downhole self-orienting diverters, the operation of which does not require descent to the bottom of special devices for their orientation. The constructions of these mechanisms use eccentric weights, pendulums, discs with holes, cylinders with eccentric cents of gravity, which control the thrust plungers and slats through the kinematic and hydraulic connections. Closest to the proposed technical solution is the invention.

Недостатками существующих изобретений и указанного прототипа вл етс то, что дл изменени азимута направлени откло- н ющего устройства необходимо поаорачи- вать на необходимый угол всю бурильную колонну. В предлагаемом решении этот недостаток устран етс .The drawbacks of the existing inventions and the said prototype are that in order to change the azimuth of the direction of the diverting device, it is necessary to turn the entire drill string to the required angle. In the proposed solution, this drawback is eliminated.

Цель изобретени - повышение точно- сти, расширение возможностей устройства по управлению траекторией бугр щихс скважин, сокращение трудовых и материальных затрат./The purpose of the invention is to increase the accuracy, expand the capabilities of the device for controlling the trajectory of booming wells, reducing labor and material costs.

Сущность изобретени заключаетс вспособности предлагаемого механизма в фиксировании забойного двигател и бурильной колонны от проворота их в скважине от реактивного момента двигател , ориентировать систему отклон ющих сил в расчетном направлении, исключить необходимость посто нного контрол и вмешательства в процессы управлени траекторией скважины с поверхности путем геофизических измерений и поворота ко- лонны бурильных труб.The essence of the invention lies in the possibility of the proposed mechanism in fixing the downhole motor and the drill string from turning them in the well from the reactive moment of the engine, orienting the system of deflecting forces in the calculated direction, eliminating the need for constant monitoring and intervention in controlling the path of the well from the surface by geophysical measurements and turning the drill pipe string.

В предлагаемом устройстве объединены высока чувствительность к зенитному углу ма тникового механизма и неограниченные динамические и кинетические воз- можности гидросистем.The proposed device combines high sensitivity to the zenith angle of the pick-up mechanism and unlimited dynamic and kinetic capabilities of hydraulic systems.

На фиг. 1-6 представлено устройство са- моориентирующеос забойного отклоните- л гидравлического.In FIG. Figures 1-6 show a device of a self-orienting downhole hydraulic diverter.

Самоориентирующийс забойный от- клонитель гидравлический (фиг.1-4) состоит мз корпуса 1, с которым жестко св зан резьбовым соединением узел 2 коррекции траектории скважин, выполненный в виде основани . В корпусе 1 размещен чувстви- тельный элемент ма тник 3, установленный в цилиндрической камере 4, котора расположена соосно в корпусе 1. Цилиндрическа камера 4 на резьбе крепитс к опорному Сланцу 5, который на сварке через трубкистойки 6 соединен с основанием узла 2 коррекции . Отклонитель снабжен переводником 7 дл соединени с центратором или ут желенным бурильными трубами. К верхнему днищу цилиндрической камеры 4 приварена штанга 8 поворота камеры вокруг своей оси. Внутри переводника 7 ниже соединительной резьбы приварено кольцо 9, разделенное по окружности пазами на двенадцать равных секторов (по 30°). На нижнем кольце основани 2 нарезана резьба под корпус забойного двигател . На основании 2 равномерно по окружности расположено шесть отклон ющих механизмов, каждый из которых выполнен из двух частей - силовых гидрокамер 10 и опорных колодок 11. Ма тник 3 подвешен на крестоьине 12, св занной с поршнем 13, ход поршн 13 ограничен гайками. Поршень относительно камеры 4 подпружинен пружиной 14, Опорные поверхности крестовины 12 выполнены таким образом, что при зависании ма тника опираютс на ребра призм, а при передаче усили от поршн 13 к клапанам 15 - на сопр женные цилиндрические поверхности . Клапаны 15 открывают каналы дл перетока бурового раствора из Бурильных труб через штанги 16 в гидрокамеры 10. К клапанам 15 буровой раствор поступает через трубку-фильтр 17, редуктор 18 и камеру, образованную между крышкой 19 и клапанной коробкой 20 (фиг.2). В редукторе 18 (фиг.З) перепад давлени , срабатываемый на забойном двигателе и долоте в сумме 7-10 МПа, снижаетс до 0,5-1 МПа, которого достаточно дл создани радиального усили на опорных колодках И величиной до одной-двух тони. Редуктор 18 состоит из цилиндра 21, который нижним концом ввинчиваетс в опорный фланец 5. В цилиндре установлен поршень 22 со штоком клапана 23 и трубкой 24, через которую жидкость поступает из камеры 25 в камеру между клапанной коробкой 20 и крышкой 19, Сверху цилиндр 21 завинчен буксой 26. Между буксой и поршнем установлены пружина 27 с шайбой 28. В шайбу упираютс болты 29 (их три), которыми регулируетс усилие нажима пружины 27 на поршень 22. Это усилие должно равн тьс произведению площади поршн , помноженному на величину давлени , создаваемого в гидрокамерах 10 (фиг.1), При превышении этого давлени пружина сжимаетс и клапан 23 закрывает приток жидкости в редуктор. В нижний конец цилиндра на резьбе 30 ввинчиваетс фильтр 31 (фиг.2), через который жидкость поступает к клапану 23 из полости высокого давлени над забойным двигателем. На верхнем конце буксы фиксируетс от продольногоThe self-guiding downhole hydraulic diverter (Figs. 1-4) consists of a housing 1, with which a well trajectory correction unit 2 made in the form of a base is rigidly connected by a threaded connection. A sensing element 3 is installed in the housing 1, which is installed in a cylindrical chamber 4, which is located coaxially in the housing 1. A cylindrical chamber 4 is mounted on a thread to a supporting Slate 5, which is welded through tubing 6 to the base of the correction unit 2. The diverter is provided with an adapter 7 for connection to a centralizer or drill pipe. A rod 8 for turning the chamber about its axis is welded to the upper bottom of the cylindrical chamber 4. Inside sub 7 below the connecting thread, a ring 9 is welded, circumferentially divided by grooves into twelve equal sectors (30 ° each). On the lower ring of the base 2, a thread is cut under the downhole motor housing. On the base 2 there are six deflecting mechanisms evenly distributed around the circumference, each of which is made of two parts - hydraulic chambers 10 and support blocks 11. The pivot 3 is suspended on the crosspiece 12 connected to the piston 13, the piston stroke 13 is limited by nuts. The piston relative to the chamber 4 is spring-loaded with a spring 14. The supporting surfaces of the crosspiece 12 are made in such a way that they rest upon the ribs of the prism, and when the force is transferred from the piston 13 to the valves 15, on the mating cylindrical surfaces. The valves 15 open channels for the flow of drilling fluid from the drill pipe through the rods 16 into the chambers 10. The valves 15 receive the drilling fluid through the filter pipe 17, the gearbox 18 and the chamber formed between the cover 19 and the valve box 20 (Fig. 2). In the gearbox 18 (Fig. 3), the pressure difference triggered by the downhole motor and the bit in the amount of 7-10 MPa is reduced to 0.5-1 MPa, which is sufficient to create a radial force on the support blocks And of up to one or two tons. The gearbox 18 consists of a cylinder 21, which is screwed into the support flange 5 with its lower end. A piston 22 is installed in the cylinder with a valve stem 23 and a tube 24, through which fluid flows from the chamber 25 into the chamber between the valve box 20 and the cover 19. The cylinder 21 is screwed on top. box 26. A spring 27 with a washer 28 is installed between the box and the piston. The bolts 29 (three of them) abut against the washer, which regulates the pressure applied by the spring 27 against the piston 22. This force should be equal to the product of the piston area times the pressure created in hydra chambers 10 (1) When exceeding this pressure spring is compressed and the valve 23 closes the inflow of fluid into the gear. A filter 31 (Fig. 2) is screwed into the lower end of the cylinder on the thread 30, through which fluid enters the valve 23 from the high pressure cavity above the downhole motor. At the upper end of the axle box is fixed from the longitudinal

движени гайкой 32 (фиг.З) крышка 19. Герметичность между скольз щими поверхност ми деталей редуктора и. других агрегатов устройства обеспечиваетс резиновыми уплотнител ми 33.movement by nut 32 (Fig. 3) cover 19. Tightness between sliding surfaces of gear parts and. other components of the device are provided with rubber seals 33.

На фиг.2 в более крупном масштабе показан узел включени клапанов, направл ющих жидкость в гидрокамеры, в том числе: направл ющий фланец 34, в котором на окружности просверлено двенадцать отверстий , из них шесть отверстий точно против клапанов и шесть над линией касани двух смежных клапанов. Когда конец ма тника попадает в такое отверстие, он включает сразу две гидрокамеры, в результате чего сектор включени отклон ющего усили по азимуту при шести отклон ющих колодках сужаетс до 30%, т.е. точность приложени сил повышаетс в 2 раза, клапанна коробка 20 с клапанами 15 двойного действи , клапаны поджаты пружинами 35; крышка 19 с клапанной коробкой ст гиваетс трубками 36, через которые жидкость от клапанов поступает в штанги гидрокамер; болты 37 фиксируют клапанную коробку 20 в цилиндрической камере 4 от поворота,Figure 2 shows, on a larger scale, an assembly for turning on valves directing fluid into hydraulic chambers, including: a guide flange 34, in which twelve holes are drilled around the circumference, six of which are exactly opposite the valves and six above the contact line of two adjacent valves. When the end of the pendulum enters such a hole, it immediately includes two hydraulic chambers, as a result of which the sector of inclusion of the deflecting force in azimuth at six deflecting blocks narrows to 30%, i.e. accuracy of application of force is doubled, valve box 20 with double-acting valves 15, valves are preloaded by springs 35; the valve cover 19 is pulled together by tubes 36 through which fluid from the valves enters the hydraulic chambers; bolts 37 fix the valve box 20 in the cylindrical chamber 4 from rotation,

Устройство работает следующим образом .The device operates as follows.

При сборке устройства кажда пара- гидрокамера 10 и клапан 15, соединенные между собой штангам 16, устанавливаютс в одной плоскости. После соединени корпуса 1 с основанием 2 и закреплени переводника 7 нулевые отметки 38 на кольце 9 (фиг.4) и на штанге 8 совмещаютс . Дл этого винты 39 отвинчиваютс и верхн часть кольца 9 смещаетс до совпадени отметок 38 и вновь закрепл етс . Планка 40 вставл етс в прорезь в штанге и укладываетс концами в пазы кольца от произвольного поворачивани цилиндрической камеры 4 относительно основани 2 во врем бурени . При необходимости смещени направлени усили опорной колодки от плоскости скривлени планка 40 вынимаетс из пазов кольца 9 и штанга 8 поворачиваетс на расчетный угол в соответствующем направлении . Затем планка 40 вновь устанавливаетс в прорезь штанги и пазы кольца 9. При этом цилиндрическа камера 4 поворачиваетс в резьбе соединени с опорным фланцем 5. Вместе с цилиндрической камерой поворачиваетс клапанна ко,- робка 20 с крышкой 19, увлека за собой концы шланга 16. Величина угла смещени клапанов относительно соединенной с ним гидрокамеры (фиг.5а,б.в) определ ет величину угла между плоскостью искривлени скважины и направлением усили опорной колодки, так как ма тник включает толькоWhen assembling the device, each parachamber 10 and valve 15 connected to each other by the rods 16 are mounted in the same plane. After connecting the housing 1 to the base 2 and securing the sub 7, the zero marks 38 on the ring 9 (Fig. 4) and on the rod 8 are combined. To do this, the screws 39 are loosened and the upper part of the ring 9 is displaced until the marks 38 coincide and is fastened again. The strap 40 is inserted into the slot in the rod and ends to fit into the grooves of the ring from the arbitrary rotation of the cylindrical chamber 4 relative to the base 2 during drilling. If it is necessary to shift the direction of the force of the support block from the curvature plane, the bar 40 is removed from the grooves of the ring 9 and the rod 8 is rotated by the calculated angle in the corresponding direction. Then, the strip 40 is again inserted into the slot of the rod and the grooves of the ring 9. In this case, the cylindrical chamber 4 rotates in the thread of the connection with the support flange 5. Together with the cylindrical chamber, the valve flap, - the robot 20 with the cap 19, rotates along the ends of the hose 16. The value the angle of displacement of the valves relative to the connected hydraulic chambers (Fig. 5a, b.c) determines the angle between the curvature plane of the well and the direction of the force of the support block, since the pendulum only includes

клапан, наход щийс в плоскости искривлени у нижней стенки цилиндрической камеры . На фиг.5а клапаны, опорные колодки установлены в одной плоскости, на фиг.5б - 5 смещены на 30°, а на фиг.Бв - смещение составл ет 180°. Длина шлангов на участке между крышкой 19 и опорным фланцем 5 . превышает рассто ние между ними величину , обеспечивающую смещение крышкиa valve located in the curvature plane at the bottom wall of the cylindrical chamber. In Fig. 5a, the valves, support blocks are mounted in the same plane, in Figs. 5b - 5 are offset by 30 °, and in Fig. Bb - the displacement is 180 °. The length of the hoses in the area between the cap 19 and the support flange 5. exceeds the distance between them the value providing displacement of the cover

0 19 относительно фланца 5 на 180° дл включени усилий опорных колодок в направлении , пр мо противоположном направлению искривлени скважины.0 19 relative to the flange 5 by 180 ° to engage the forces of the support blocks in a direction directly opposite to the direction of curvature of the well.

Озмоориентирующийс забойный от5 клонитель гидравлический устанавливаетс между забойным двигателем и центратором (фиг.б), Усилие опорной колодки Р0п на стенку скважины вызывает реакции центратора RH и долота RR на противоположную стенкуA hydraulic self-orienting downhole diverter 5 is installed between the downhole motor and the centralizer (Fig. B). The force of the support block P0n on the wall of the well causes the response of the centralizer RH and the bit RR to the opposite wall

0 скважины, тем самым пызыаа изменение направлени углублени скважины.0 well, thereby changing the direction of the well recess.

При спуске колонны бурильных труб на забой давление жидкости за трубами и в трубах практически одинаковое. ПоршеньWhen lowering the drill string to the bottom, the fluid pressure behind the pipes and in the pipes is almost the same. Piston

5 13 находитс в верхнем положении (фиг.1), ма тник 3 зависает над направл ющим фланцем 34. По окончании спуска бурового инструмента до забо и после пуска буровых насосов в трубках над забойным двига0 телем возникает давление, буровой раствор через отверстие 41 поступает в верхнюю часть цилиндрической камеры 4 и давит на поршень 13, ход поршн ограничен гайками 42, Поршень начинает двигатьс вниз. Жид5 кость из-под поршн из цилиндрической камеры вытекает через зазоры между клапанной коробкой и стенками цилиндрической камеры, затем между наружными стенками шлангов 16 и стенками трубок-сто0 ек 6 и стенками сверлени в основании 2 в затрубное пространство. Конец ма тника 3, скольз по нижней стенке цилиндрической камеры, попадает в отверстие в направл ющем фланце 34 и включает один или два5 13 is in the upper position (Fig. 1), the pivot 3 hangs over the guide flange 34. After the drilling tool is lowered to the bottom and after the drilling pumps are started up, pressure arises in the pipes above the bottomhole motor, the drilling fluid enters through hole 41 into the upper part of the cylindrical chamber 4 and presses on the piston 13, the piston stroke is limited by the nuts 42, the piston begins to move down. Fluid from under the piston from the cylindrical chamber flows through the gaps between the valve box and the walls of the cylindrical chamber, then between the outer walls of the hoses 16 and the walls of the tubing 6 and the walls of the base 2 in the annulus. The end of the pusher 3, sliding along the bottom wall of the cylindrical chamber, enters the hole in the guide flange 34 and includes one or two

5 клапана. Ма тник прижимает верхнюю тарелку клапана 15 к гнезду, герметизиру сверху подклапанную полость, нижн тарелка , наоборот, отходит от гнезда, открыва возможность притока жидкости под5 valves. The pusher presses the upper plate of valve 15 against the socket, sealing the valve below the upper cavity, the lower plate, on the contrary, moves away from the socket, opening up the possibility of fluid flow under

0 клапан. У остальных клапанов (п ти или четырех ) нижние тарелки поджаты пружинами 35 и приток жидкости в них невозможен. С открытием клапана (одного или двух) жид- .кость начинает двигатьс (фиг,2)из полости0 valve. For the remaining valves (five or four), the lower plates are preloaded by springs 35 and fluid flow into them is impossible. With the opening of the valve (one or two), the liquid begins to move (Fig. 2) from the cavity

5 А через фильтр 31, редуктор 18, в полость Б между клапанной коробкой 20 и крышкой 19, затем поступает во внутреннюю полость клапана 15, через отверстие 43 поступает в трубку 36, затем в шланги 16 и соответствующие гидрокамеры 10. Гидрокамеры, наполнн сь жидкостью, выдвигают опорные колодки и создают необходимое усилие на стенку скважины и на долото, направл его углубление в заданном направлении. Как только давление в гидрокамерах достигает расчетного, на которое отрегулирован редуктор (фиг.З), поршень 22 сожмет пружину 27 и закроет входной клапан 23. Если за счет утечек давление в гидрокамерах снизитс , а следовательно оно снизитс и в полости В редуктора, пружина 27 подвинет поршень 22 и откроет клапан 23 и давление в гидрокамерах восстановитс . Так как дл наполнени гидрокамер нужно небольшое чоличество жидкости (0,2-0,5 дм, то ильтр можно ставить очень плотный и пропускать в клапанную коробку практически отфильтрованную воду, что обеспечит надежную работу клапанного механизма. При остановке буровых насосов давление жидкости выравниваетс в трубах, в затрубном5A through a filter 31, a gearbox 18, into the cavity B between the valve box 20 and the cover 19, then it enters the internal cavity of the valve 15, through the hole 43 it enters the tube 36, then into the hoses 16 and the corresponding hydraulic chambers 10. The fluid chambers are filled with liquid , extend the support pads and create the necessary force on the wall of the well and on the bit, directed its deepening in a given direction. As soon as the pressure in the hydraulic chambers reaches the calculated pressure for which the gearbox is adjusted (Fig. 3), the piston 22 compresses the spring 27 and closes the inlet valve 23. If the pressure in the hydraulic chambers decreases due to leaks, and therefore it decreases in the cavity B of the gearbox, the spring 27 will move the piston 22 and open the valve 23 and the pressure in the pressure chambers will be restored. Since a small amount of liquid (0.2-0.5 dm) is needed to fill the hydraulic chambers, the filter can be set very tight and practically filtered water can be passed into the valve box, which will ensure reliable operation of the valve mechanism. When the drilling pumps stop, the liquid pressure is equalized in the pipes in the annulus

Claims

1. SELF-ORIENTING BOTTOM HYDRAULIC BASKET, comprising a housing, a cylindrical chamber concentrically placed in it with a pick-up element, a base connected to the housing and support blocks with a drive mounted on the base, characterized in that, in order to ensure self-installation of the baffle in a predetermined direction, it is provided with a connected thread with a lower part of the cylindrical chamber of the support flange and a valve head mounted above it with a guide flange, wherein the cylindrical chamber mounted with the possibility of rotation relative to the base, and the guide flange is made with holes for placing the pendulum in the working position.

2. The downhole deflector according to claim 1, in the space above the piston 13 and in the cylindrical chamber 4. The spring 14 will return the piston 13 and pendulum 3 to its original position. Spring 35 will move valve 15, lower

the plate will close, the top will open, the liquid from the hydraulic chambers will exit through the hoses 16, the hole 43 and the upper valve that opens, into the cylindrical chamber and then into the annulus. When starting the pumps, the operation cycle

the path control node will repeat. If the zenith angle of curvature is reduced to values less than 30 minutes, the end of the pivot enters the central hole of the guide flange, the hydraulic chambers are not turned on.

the device will act as an ordinary centralizer.

(56) Copyright certificate of the USSR

No. 1002549.cl. B 21 C 47/022, 1972.

USSR copyright certificate

No. 1657634, class E 21 B 47/022, 1989.

wherein the drive of the support pads is made in the form of chambers installed between the base and support pads, hydraulically connected by hoses to the valve box.

3. Downhole diverter according to claims 1 and 2, characterized in that it is equipped with an adjustable pressure reducer mounted under the valve box and hydraulically connected to it;

4. Downhole diverter according to paragraphs. 1-3, characterized in that it is equipped with a filter installed at the input of the adjustable gearbox,

5. A downhole deflector according to claims 1 to 4, characterized in that the number of holes in the guide flange is two times the number of valves connecting the valve box to the chambers of the support blocks. .

zawb

9202002

100