RU2009304C1

RU2009304C1 - Rotary deflecting tool

Info

Publication number: RU2009304C1
Authority: RU
Inventors: В.Ф. Буслаев; И.А. Плетников; С.Г. Славгородский; С.А. Кейн; Г.А. Медведева; А.А. Шиляев
Original assignee: Печорский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности
Priority date: 1990-08-20
Filing date: 1990-08-20
Publication date: 1994-03-15

Abstract

FIELD: drilling of directional wells. SUBSTANCE: rotary deflecting tool has body 1 with knives 2. Installed on body ends are upper sub 18 and lower sub 17 provided with blades of different height and flexible members of different rigidity. Blades 19 of larger height have flexible members 20 with rigidity higher than that of blades 21 of smaller height. Larger blades on subs are arranged diametrically opposite. Body 1 accommodates shaft 3 and annular piston 4 with bevelled side surface 5 provided with extensible member 6 by means of dovetailing. End surface of piston is provided with cam 8 for interaction with pin 7 installed on shaft 3. To orient the deflecting tool in the required direction, large blades 19, pin 7 and extensible member 6 are positioned in same plane. EFFECT: higher efficiency. 5 dwg

Description

Изобретение относится к бурению наклонно-направленных скважин, а именно к отклоняющим системам, предназначенным для забуривания наклонного ствола. The invention relates to the drilling of directional wells, namely to deflecting systems designed for drilling an inclined shaft.

Известен отклонитель для бурения наклонных скважин, включающий корпус, эксцентрично расположенный в нем вал с дросселем, подпружиненный поршень, размещенный между корпусом и валом, выдвижные раскрепляющие элементы, выполненные в виде двух роликов, расположенных один над другим с возможностью перемещения по хорде окружности поперечного сечения корпуса при воздействии осевой нагрузки [1] . Known diverter for drilling deviated wells, comprising a housing, an eccentrically located shaft with a throttle in it, a spring-loaded piston located between the housing and the shaft, retractable fastening elements made in the form of two rollers located one above the other with the possibility of movement along the chord of the circumference of the cross section of the housing when exposed to axial load [1].

Перекос колонкового набора относительно оси скважины достигается за счет эксцентрично расположенного вала, шарнирного узла и поршня с эксцентричным отверстием под вал. Усилия на поверхность поршня распределяются неравномерно, что вызывает его перекос, увеличение сил трения, износ и заклинивание. Наличие шарнирного узла из-за сложности герметизации узла и наличия подвижных элементов снижает надежность работы устройства в целом. Создание перепада давления в надпоршневой полости ведет к повышению давления в насосах, увеличению в них потребляемой мощности, расхода топлива или электроэнергии на привод насоса, что способствует загрязнению надпоршневой полости, ослаблению сечения вала, размыву дросселя и снижению надежности работы отклонителя в целом. The distortion of the core set relative to the axis of the well is achieved due to the eccentric shaft, the hinge assembly and the piston with an eccentric hole for the shaft. The forces on the piston surface are distributed unevenly, which causes it to skew, increase friction, wear and jamming. The presence of the hinge node due to the complexity of sealing the node and the presence of movable elements reduces the reliability of the device as a whole. The creation of a pressure differential in the over-piston cavity leads to an increase in pressure in the pumps, an increase in the consumed power in them, fuel or electricity consumption for the pump drive, which contributes to the pollution of the over-piston cavity, weakening of the shaft section, erosion of the throttle and a decrease in the reliability of the diverter as a whole.

Известен отклонитель, содержащий статорный корпус, присоединяемый одним концом к колонне бурильных труб, и роторный вал, вращающийся в корпусе. На корпуса вблизи одного его конца установлены лопасти, входящие в контакт с одной стенкой скважины, а с другого конца - выдвижной элемент, который перемещается в поперечном направлении от корпуса до входа в противоположную стенку скважины. Выдвижной элемент приводят в движение поршнем с помощью давления жидкости [2] . Known diverter containing a stator housing, connected at one end to the drill pipe string, and a rotor shaft rotating in the housing. On the housing near one end, blades are installed that come into contact with one wall of the well, and on the other end, a retractable element that moves in the transverse direction from the housing to the entrance to the opposite wall of the well. The retractable element is driven by a piston using fluid pressure [2].

Наличие опоры бочкообразной формы с криволинейной наружной поверхностью, которая в продольном сечении имеет вид дуги окружности и снабжена спиральными канавками, способствует образованию рычага, что ведет к усложнению конструкции, снижению надежности. The presence of a barrel-shaped support with a curved outer surface, which in the longitudinal section has the appearance of an arc of a circle and is equipped with spiral grooves, contributes to the formation of a lever, which leads to a complication of the structure and a decrease in reliability.

Известен отклонитель, содержащий корпус, в верхней и нижней части опорные элементы, имеющие по периметру корпуса различную высоту, расположенный в полости корпуса полый вал со средствами фиксации относительно корпуса и установленный в средней части корпуса выдвижной элемент с приводом [3] . Known deflector containing the housing, in the upper and lower parts of the support elements having different height along the perimeter of the housing, a hollow shaft located in the housing cavity with fixing means relative to the housing and a retractable element with a drive installed in the middle part of the housing [3].

К недостаткам отклонителя можно отнести следующее:
опорные элементы выполнены из металла и жестко зафиксированы, что ведет к посадкам и заклиниваниям инструмента при спуско-подъемных операциях;
контакт опорных элементов со стенками скважины представляет собой небольшой сектор, что говорит о ненадежной фиксации отклонителя в скважине и ведет к его провороту во время бурения;
выдвижной распорный элемент крепят к резиновой камере винтами, что при многократном использовании ведет к выходу из строя резины в местах крепления, то есть снижается надежность работы устройства в целом.The disadvantages of the diverter include the following:
supporting elements are made of metal and rigidly fixed, which leads to tool landings and jamming during tripping;
the contact of the supporting elements with the walls of the well is a small sector, which indicates the unreliable fixation of the deflector in the well and leads to its rotation during drilling;
the retractable spacer element is attached to the rubber chamber with screws, which, when used repeatedly, leads to rubber failure at the attachment points, that is, the reliability of the device as a whole is reduced.

Целью изобретения является повышение надежности работы. The aim of the invention is to increase the reliability.

Поставленная цель достигается тем, что в роторном отклонителе, включающем корпус, установленные на верхней и нижней частях корпуса опорные элементы, имеющие по периметру корпуса различную высоту, расположенный в полости корпуса полый вал со средствами фиксации относительно корпуса и установленный в средней части корпуса выдвижной элемент с приводом, отклонитель снабжен ножами, расположенными на корпусе диаметрально выдвижному элементу, а привод последнего выполнен в виде подпружиненного поршня с наклонным пазом на наружной поверхности для размещения выдвижного элемента, средство фиксации вала относительно корпуса выполнено в виде штифта, связанного с валом кулачка на торцовой поверхности корпуса, а опорные элементы - в виде лопастей и эластичных элементов, расположенных между корпусом и основаниями лопастей, причем жесткость эластичных элементов, расположенных между корпусом и основаниями лопастей, причем жесткость эластичных элементов между корпусом и большими лопастями больше жесткости эластичных элементов между корпусом и меньшими лопастями. This goal is achieved by the fact that in the rotary deflector, including the housing, support elements installed on the upper and lower parts of the housing, having different heights along the circumference of the housing, a hollow shaft located in the housing cavity with fixing means relative to the housing and a retractable element installed in the middle part of the housing with the drive, the deflector is equipped with knives located on the housing diametrically extendable element, and the drive of the latter is made in the form of a spring-loaded piston with an inclined groove on the outer surface for placement of the sliding element, the means of fixing the shaft relative to the housing is made in the form of a pin connected to the cam shaft on the end surface of the housing, and the supporting elements are in the form of blades and elastic elements located between the housing and the bases of the blades, and the stiffness of the elastic elements located between the housing and the bases of the blades, and the stiffness of the elastic elements between the housing and the large blades is greater than the stiffness of the elastic elements between the housing and the smaller blades.

На фиг. 1 дана схема отклонителя в статике; на фиг. 2 - тоже, в работе; на фиг. 3, 4, 5 - сечения по А-А, В-В, С-С соответственно. In FIG. 1 shows a diverter circuit in statics; in FIG. 2 - also at work; in FIG. 3, 4, 5 - sections along A-A, B-B, C-C, respectively.

Роторный отклонитель состоит из корпуса 1, на поверхности которого выполнено два ножа 2, полого вала 3, кольцевого поршня 4 со скошенной поверхностью 5, на которой установлен диаметрально противоположно ножам 2 выдвижной элемент 6 и средство фиксации вала 3 относительно корпуса 1, выполненного в виде штифта 7 на валу 3 и кулачка 8 на торцовой поверхности поршня 4. The rotor deflector consists of a housing 1, on the surface of which there are two knives 2, a hollow shaft 3, an annular piston 4 with a beveled surface 5, on which a sliding element 6 is mounted diametrically opposite to the knives 2, and a means for fixing the shaft 3 relative to the housing 1, made in the form of a pin 7 on the shaft 3 and cam 8 on the end surface of the piston 4.

Корпус выполнен с отверстием 9 для выдвижного элемента 6. Между корпусом 1 и валом 3 размещены кольцо 10, через которое происходит сжатие пружины 11, ограничительная втулка 12, уплотнения 13, предотвращающие попадание бурового раствора в подшипники 14, и опорное кольцо 15. К корпусу 1 через ниппель 16 крепят нижний 17 и верхний 18 переводники, в пазах которых установлены опорные элементы в виде лопастей 19, часть из которых имеет большую высоту и большую жесткость эластичных элементов 20, чем противоположные лопасти 21 с меньшей жесткостью эластичных элементов 22. The housing is made with a hole 9 for the sliding element 6. Between the housing 1 and the shaft 3 there is a ring 10 through which the spring 11 is compressed, a restriction sleeve 12, seals 13 to prevent the drilling fluid from entering the bearings 14, and the support ring 15. To the housing 1 through the nipple 16 fasten the lower 17 and upper 18 sub, in the grooves of which are installed supporting elements in the form of blades 19, some of which have a greater height and greater stiffness of the elastic elements 20 than the opposing blades 21 with less rigidity of the elastic elements ents 22.

Перед спуском отклонителя в скважину на один конец вала навинчивают долото, а на другой - устройство для ориентирования, причем репер устройства находится на одной образующей со штифтом 7. При сборке отклонителя необходимо, чтобы выдвижной элемент 6 находился диаметрально противоположно двум ножам 2 и большим по высоте лопастям 19. Before the deflector is lowered into the well, a bit is screwed on one end of the shaft and an orientation device is screwed to the other, and the device reference point is on the same generatrix with pin 7. When assembling the deflector, it is necessary that the retractable element 6 is diametrically opposite to two knives 2 and large in height blades 19.

Работает отклонитель следующим образом. После спуска отклонителя в скважину осуществляют поворот колонны на угол не менее 360^о. В результате происходит зацепление штифта 7 с кулачком 8 и через выдвижной элемент 6 передается вращение корпусу 1. После определения положения выдвижного элемента 6 производят поворот бурильной колонны на требуемый угол, по ходу часовой стрелки, чтобы штифт 7 находился в постоянном зацеплении с кулачком 8. Затем производят набивку реперной метки на верхней муфте бурильной трубы. Наворачивают квадрат, подают промывочную жидкость, которая попадает в надпоршневое пространство. Поршень 4 под действием перепада давления движется вниз, сжимает пружину 11, кулачок 8 выходит из зацепления, а выдвижной элемент 6 выходит из корпуса 1 и упирается в стенку скважины, отталкивая отклонитель Одновременно ножи 2 прижимаются к стенке скважины, а подпружиненные эластичные элементы 22, большие лопасти 19 на верхнем 18 и нижнем 17 переводниках создают перекос отклонителя в скважине, при этом меньшие лопасти 21 фиксируют его от проворота, обеспечивая тем самым надежную фиксацию корпуса 1 и гарантированный перекос при поступательном движении вниз.The diverter works as follows. After the diverter is lowered into the well, the column is rotated by an angle of at least 360 ^° . As a result, the pin 7 engages with the cam 8 and rotation is transmitted to the housing through the sliding element 6. After determining the position of the sliding element 6, the drill string is rotated by the required angle, clockwise, so that the pin 7 is in constant engagement with the cam 8. Then stuffing reference marks on the upper coupling of the drill pipe. A square is screwed up, flushing fluid is supplied, which enters the over-piston space. The piston 4 moves downward under the action of a differential pressure, compresses the spring 11, the cam 8 disengages, and the sliding element 6 comes out of the housing 1 and abuts against the borehole wall, repelling the deflector. At the same time, the knives 2 are pressed against the borehole wall, and the spring loaded elastic elements 22 are large the blades 19 on the upper 18 and lower 17 sub create distortion of the deflector in the well, while the smaller blades 21 fix it against rotation, thereby ensuring reliable fixation of the housing 1 and guaranteed distortion during translational motion SRI down.

При необходимости подъема инструмента прекращают подачу промывочной жидкости, поршень 4 под действием пружины 11 возвращается в исходное положение, выдвижной элемент 6 входит в корпус 1. Производят подъем, при этом более эластичные элементы 22 меньших лопастей 21 предотвращают заклинивание инструмента. If it is necessary to lift the tool, the flow of washing liquid is stopped, the piston 4 returns to its original position under the action of the spring 11, the sliding element 6 enters the housing 1. They are lifted, while the more elastic elements 22 of the smaller blades 21 prevent the tool from jamming.

Пример конкретного осуществления. Приняты следующие параметры: диаметр отклонителя d_т = 195 мм; длина корпуса L = = 6800 мм; эксцентричные лопасти от конца отклонителя на расстоянии l = 305 мм; диаметр долота D_дол. = 215 мм; высота долота l_дол. = 300 мм; длина переводника l_п = 300 мм; расход жидкости 10 л/с; сила, действующая на пружину, 390 кг; ход пружины 40 мм; выход выдвижного элемента до 25 мм за пределы корпуса; интенсивность роторного отклонителя i = 22 град на 100 м.An example of a specific implementation. The following parameters were adopted: diverter diameter d _t = 195 mm; body length L = = 6800 mm; eccentric blades from the end of the deflector at a distance l = 305 mm; bit diameter D _dol. = 215 mm; bit height l _dol. = 300 mm; the length of the sub l _p = 300 mm; fluid flow rate 10 l / s; spring force 390 kg; spring travel 40 mm; withdrawable element output up to 25 mm outside the housing; the intensity of the rotor deflector i = 22 deg per 100 m

Данный отклонитель позволяет увеличить проходку на долото за одно долбление и сократить количество спускоподъемных операций и холостых рейсов за счет повышения надежности его работы. (56) Авторское свидетельство СССР N 909090, кл. E 21 B 7/08, 1980. This diverter allows you to increase the penetration of the bit for one chiselling and reduce the number of tripping and idle flights by increasing the reliability of its work. (56) Copyright certificate of the USSR N 909090, cl. E 21 B 7/08, 1980.

Патент США N 4185704, кл. E 21 B 7/06, 1980. U.S. Patent No. 4,185,704, cl. E 21 B 7/06, 1980.

Авторское свидетельство СССР N 1121372, кл. E 21 B 7/08, 1984. USSR copyright certificate N 1121372, cl. E 21 B 7/08, 1984.

Claims

A ROTARY DEFLECTOR, comprising a housing, support elements installed on the upper and lower parts of the housing, having different heights around the housing, a hollow shaft located in the housing cavity with fixing means relative to the housing, and a retractable drive element mounted in the middle of the housing, characterized in that, in order to increase reliability in operation, it is equipped with knives located on the housing with a diametrically extendable element, the drive of the latter is made in the form of a spring-loaded piston with an inclined groove on the outer the surface for accommodating the sliding element, the means of fixing the shaft relative to the housing are made in the form of a pin connected with the shaft and a cam on the end surface of the housing, and the supporting elements are in the form of blades and elastic elements located between the housing and the bases of the blades, and the stiffness of the elastic elements between body and large blades more rigidity of the elastic elements between the body and smaller blades.