RU2055974C1

RU2055974C1 - Knuckle joint

Info

Publication number: RU2055974C1
Application number: RU93009722A
Authority: RU
Inventors: Н.В. Шенгур; В.Д. Поташников
Original assignee: Научно-производственная компания "Техника и организация бурения скважин"
Priority date: 1993-02-04
Filing date: 1993-02-04
Publication date: 1996-03-10

Abstract

FIELD: drilling equipment. SUBSTANCE: knuckle joint has guide rod 1 with drill bit 2 and flexible above-drill bit centralizer, decentralizer in form of stem 7 provided with limiter and connected with guide rod 1 by means of articulated coupling 10, and framework 8 with flexible supporting strips 9. Framework 8 is installed on stem 7 for reciprocation and turning. Lock of angular position of framework 8 is made in form of support 12 on stem 7 and mating recess on end face of framework 8. Limiter is made in form of sliding axial support 11. When framework of decentralizer is locked relative to stem 7, azimuth of action of knuckle joint is set and also corrected. When framework 8 is in contact with sliding axial support 11, directed drilling of well is carried out. EFFECT: higher efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при бурении наклонно направленных скважин, преимущественно роторным способом. The invention relates to drilling equipment and can be used when drilling directional wells, mainly by the rotary method.

Известен роторный шарнирный отклонитель, содержащий направляющую штангу с долотом, соединенную при помощи шарнира с утяжеленными бурильными трубами [1]
Данный отклонитель работает только в плоскости естественного искривления скважины и не позволяет произвольно изменять азимут направления бурения ствола скважины, что является существенным недостатком.Known rotary articulated deflector containing a guide rod with a chisel connected by a hinge with a weighted drill pipe [1]
This diverter works only in the plane of the natural curvature of the well and does not allow you to arbitrarily change the azimuth of the direction of drilling the wellbore, which is a significant drawback.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является шарнирный отклонитель, включающий направляющую штангу с долотом и упругим наддолотным центратором и децентратор, содержащий связанный с направляющей штангой посредством шарнирной муфты ствол с ограничителем и каркас с упругими опорными планками, установленный на стволе под ограничителем с возможностью возвратно-поступательного перемещения и проворота [2] Однако указанный шарнирный отклонитель непригоден для роторного бурения, т. к. не позволяет фиксировать в пространстве положение плоскости действия отклонителя при вращении бурильной колонны ротором. The closest to the proposed technical essence and the achieved result is an articulated deflector, including a guide rod with a chisel and an elastic over-bit centralizer and a decentrator, which includes a barrel with a limiter and a frame with elastic support strips connected to the guide rod with an articulated coupling, mounted on the barrel under the limiter with the possibility of reciprocating movement and rotation [2] However, the specified articulated diverter is unsuitable for rotary drilling, because it does not allow It is possible to fix in space the position of the plane of action of the deflector during rotation of the drill string by the rotor.

Изобретение направлено на обеспечение возможности фиксирования плоскости действия отклонителя при роторном способе бурения. При осуществлении изобретения, в результате взаимодействия каркаса децентратора с фиксатором, становится возможным изменить плоскость действия отклонителя, работая в режиме его ориентирования, и обеспечить заданный азимут скважины, сохраняя его, когда отклонитель работает в режиме искривления ее ствола. Последнее достигается за счет относительно большего момента сил трения опорных планок каркаса о стенки ствола скважины в процессе ее углубления, по сравнению с моментом сил трения, возникающих в осевой и в радиальной опорах скольжения, что позволяет зафиксировать угловое положение каркаса относительно стенок скважины. The invention is aimed at providing the possibility of fixing the plane of action of the deflector with the rotary method of drilling. In the implementation of the invention, as a result of the interaction of the frame of the decentralizer with the retainer, it becomes possible to change the plane of action of the diverter, working in the mode of its orientation, and to provide a given azimuth of the well, keeping it when the diverter operates in the mode of curvature of its trunk. The latter is achieved due to the relatively greater moment of friction forces of the support strips of the frame against the borehole wall during its deepening, compared with the moment of friction forces arising in the axial and radial sliding bearings, which allows you to fix the angular position of the frame relative to the well walls.

Для этого шарнирный отклонитель, включающий направляющую штангу с долотом и упругим наддолотным центратором и децентратор, содержащий связанный с направляющей штангой посредством шарнирной муфты ствол с ограничителем и каркас с упругими опорными планками, установленный на стволе под ограничителем с возможностью возвратно-поступательного перемещения и проворота, снабжен фиксатором углового положения каркаса относительно ствола, выполненным в виде упора, расположенного под каркасом на стволе или на нижнем торце каркаса, и ответного паза, выполненного соответственно в каркасе или на стволе, а ограничитель выполнен в виде осевой опоры скольжения. For this, an articulated deflector, comprising a guide rod with a chisel and an elastic over-bit centralizer and a decentrator, comprising a barrel with a limiter and a frame with elastic support strips connected to the guide rod through the articulated coupling, mounted on the barrel under the limiter with the possibility of reciprocating movement and rotation, equipped a fixer of the angular position of the frame relative to the barrel, made in the form of a stop located under the frame on the barrel or at the lower end of the frame, and the reciprocal basic element, respectively made in the frame or on the trunk, and the limiter is made in the form of an axial sliding support.

Предложенное техническое решение позволяет гарантированно переключить заторможенный стенками скважины каркас децентратора с вращения в нем ствола на совместное вращение каркаса и ствола децентратора. Так, при контакте верхнего торца каркаса с осевой опорой реализуется режим ориентированного бурения (искривления) ствола скважины, когда интенсивность искривления последнего определяется параметрами направляющей штанги. Осевая опора в этом случае обеспечивает минимальное трение каркаса с вращающимся стволом и повышает надежность фиксирования плоскости действия отклонителя. The proposed technical solution makes it possible to reliably switch the decentralizer frame, which is braked by the borehole walls, from the rotation of the trunk in it to the joint rotation of the framework and the decentralizer trunk. So, when the upper end of the frame contacts the axial support, the mode of oriented drilling (curvature) of the wellbore is realized when the intensity of the curvature of the well is determined by the parameters of the guide rod. Axial support in this case provides minimal friction of the frame with a rotating barrel and increases the reliability of fixing the plane of action of the deflector.

Во втором случае, когда, например, нижний торец каркаса взаимодействует своим пазом с упором фиксатора, в результате совместного поворота ствола и каркаса возможно скорректировать азимут действия отклонителя, изменяя угловое положение опорных планок каркаса децентратора относительно стран света. В этом случае отклонитель работает в режиме ориентирования. In the second case, when, for example, the lower end of the frame interacts with its groove with the lock stop, as a result of the joint rotation of the barrel and the frame, it is possible to correct the azimuth of the deflector by changing the angular position of the support plates of the decentral frame relative to the countries of the world. In this case, the diverter operates in orientation mode.

На фиг. 1 изображен шарнирный отклонитель при установке заданного азимута ствола скважины; на фиг. 2 разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 шарнирный отклонитель в процессе направленного бурения скважины. In FIG. 1 shows a hinged diverter when setting a given azimuth of the wellbore; in FIG. 2 is a section along AA in FIG. 1; in FIG. 3 articulated diverter during directional drilling of the well.

Шарнирный отклонитель содержит направляющую штангу 1 с долотом 2 и упругим наддолотным центратором в виде ствола 3, на котором установлен каркас 4 с упругими опорными планками 5. Каркас 4 имеет радиальные опоры скольжения (на чертеже не показаны), что обеспечивает его свободное вращение на стволе 3, а номинальный диаметр каркаса 4 по опорным планкам 5 больше диаметра долота 2. При необходимости направляющая штанга 1 может иметь наддолотный калибратор 6, диаметр которого равен диаметру долота 2. The hinged deflector comprises a guide rod 1 with a chisel 2 and an elastic suprasubcent centralizer in the form of a barrel 3, on which a frame 4 with elastic support strips 5 is mounted. The frame 4 has radial sliding bearings (not shown in the drawing), which ensures its free rotation on the barrel 3 and the nominal diameter of the frame 4 along the support strips 5 is larger than the diameter of the bit 2. If necessary, the guide rod 1 may have a super-bit calibrator 6, the diameter of which is equal to the diameter of the bit 2.

Децентратор содержит ствол 7, на котором установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения и проворота каркас 8 благодаря наличию у него радиальных опор скольжения (на чертеже не показаны). Каркас 8 децентратора имеет, например, расположенные по одну сторону его диаметра упругие опорные планки 9. The decentrator includes a barrel 7, on which is mounted with the possibility of reciprocating movement and rotation of the frame 8 due to the presence of radial sliding bearings (not shown). The decentralizer frame 8 has, for example, elastic support strips 9 located on one side of its diameter.

Ствол 7 децентратора посредством шарнирной муфты 10 соединен с направляющей штангой 1. Над каркасом 8 на стволе 7 закреплена осевая опора скольжения 11 (или качения), а фиксатор углового положения каркаса 8 относительно ствола 7 может быть расположен, например, под каркасом 8 и представлять собой, например, упор 12 на стволе 7 и ответный паз 13 на торце каркаса 8 или наоборот. The barrel 7 of the decentralizer by means of an articulated clutch 10 is connected to the guide rod 1. Above the frame 8 on the barrel 7 is mounted an axial sliding support 11 (or rolling), and the angular position lock of the frame 8 relative to the barrel 7 can be located, for example, under the frame 8 and be for example, emphasis 12 on the barrel 7 and the response groove 13 at the end of the frame 8 or vice versa.

Расстояние Н между осевой опорой скольжения 11 и упором 12 выбирают таким образом, чтобы при возвратно-поступательном движении каркаса 8 был гарантирован выход последнего из зацепления с упором 12. Для этого
Н > l + h, где l длина каркаса 8;
h глубина паза 13.The distance H between the axial sliding support 11 and the stop 12 is selected so that when the back and forth motion of the frame 8 is guaranteed that the latter is out of engagement with the stop 12. For this
H> l + h, where l is the length of the frame 8;
h groove depth 13.

Плоскость действия отклонителя определяют с помощью забойного инклинометра, который представляет собой, например, магнитный переводник 14 и диамагнитную трубу 15. Магнитная метка переводника 14 ориентирована относительно упора 12 ствола 7 децентратора, а положение паза 13 каркаса 8, взаимодействующего с упором 12, однозначно определено относительно его упругих планок 9. The plane of action of the deflector is determined using a downhole inclinometer, which is, for example, a magnetic sub 14 and a diamagnetic pipe 15. The magnetic mark of the sub 14 is oriented relative to the stop 12 of the barrel 7 of the decentralizer, and the position of the groove 13 of the frame 8 interacting with the stop 12 is uniquely determined relative to its elastic straps 9.

Шарнирный отклонитель работает следующим образом. В режиме ориентированая шарнирный отклонитель спускают на забой скважины. Затем приподнимают его, примерно на 1 м с проворотом бурильной колонны (на чертеже не показана), обеспечивая заход упора 12 в паз 13 на нижнем торце каркаса 8. В этом положении осуществляется ориентирование плоскости действия отклонителя в заданном азимуте путем поворота бурильной колонны ротором буровой установки. Угол поворота каркаса 8, определяющего плоскость действия отклонителя, контролируют при помощи забойного инклинометра. The swivel diverter works as follows. In the mode oriented swivel diverter down to the bottom of the well. Then they lift it, about 1 m with the rotation of the drill string (not shown), providing the stop 12 in the groove 13 at the lower end of the frame 8. In this position, the orientation plane of the deflector is set in the given azimuth by turning the drill string with the rotor of the drilling rig . The angle of rotation of the frame 8, which determines the plane of action of the deflector, is controlled using a downhole inclinometer.

В режиме искривления ствола скважины отклонитель вновь опускают на забой, при этом осевая опора скольжения 11 упирается в верхний торец каркаса 8, а, соответственно, упор 12 выходит из паза 13, освобождая каркас 8. В процессе углубления скважины, например, при вращении бурильной колонны ротором, каркас 8 децентратора не вращается, т.к. момент сил трения его опорных планок 9 о стенки скважины превышает момент сил трения в осевой опоре скольжения 11 и радиальных опорах каркаса 8. Это обеспечивает сохранение азимута плоскости действия отклонителя. In the mode of curvature of the wellbore, the deflector is again lowered to the bottom, while the axial sliding support 11 abuts against the upper end of the frame 8, and, accordingly, the stop 12 leaves the groove 13, freeing the frame 8. In the process of deepening the well, for example, during rotation of the drill string rotor, the frame 8 of the decentralizer does not rotate, because the moment of friction forces of its support strips 9 against the borehole wall exceeds the moment of friction forces in the axial sliding support 11 and the radial bearings of the frame 8. This ensures that the azimuth of the plane of action of the deflector is maintained.

В начальный момент искривления скважины (см.фиг.3) силы упругой деформации опорных планок 9 децентратора будут стремиться прижать верхний конец направляющей штанги 1 с шарнирной муфтой 10 к стенке скважины, противоположной заданному направлению ее искривления, что, благодаря наличию наддолотного центратора, приведет к отклонению оси долота 2 в сторону искривления скважины. После прижатия шарнирной муфты 10 к указанной стенке интенсивность искривления скважины с большой точностью будет определяться геометрическими параметрами направляющей штанги 1. At the initial moment of the well curvature (see Fig. 3), the elastic deformation forces of the support strips 9 of the decentralizer will tend to press the upper end of the guide rod 1 with the articulated sleeve 10 against the wall of the well opposite to the specified direction of its curvature, which, due to the presence of an over-bit centralizer, will lead to the deviation of the axis of the bit 2 in the direction of curvature of the well. After pressing the hinged clutch 10 to the specified wall, the intensity of the curvature of the well with high accuracy will be determined by the geometric parameters of the guide rod 1.

Влияние на интенсивность искривления скважины изменения фактического диаметра ствола скважины при прохождении различных по свойствам пород в значительной мере устраняется, благодаря наличию упругого наддолотного центратора, который всегда удерживает ось долота 2 в центре поперечного сечения скважины. The effect on the intensity of the well curvature of the change in the actual diameter of the wellbore during the passage of rocks of various properties is largely eliminated, due to the presence of an elastic supralibration centralizer, which always keeps the axis of bit 2 in the center of the cross section of the well.

Для повышения надежности работы шарнирного отклонителя периодически с помощью забойного инклинометра проверяется плоскость действия отклонителя, т. е. ориентация каркаса 8 децентратора и при необходимости корректируется, работая в режиме ориентирования. To increase the reliability of the articulated deflector, the plane of action of the deflector is periodically checked using the downhole inclinometer, i.e., the orientation of the skeleton frame 8 of the decentralizer and, if necessary, is adjusted while working in the orientation mode.

Изобретение позволяет обеспечить возможность искривления скважин в заданном азимуте при роторном способе бурения, т.к. фиксирует плоскость действия отклонителя в процессе углубления скважины. The invention allows for the possibility of curving wells in a given azimuth with a rotary method of drilling, because fixes the plane of action of the diverter in the process of deepening the well.

Claims

HINGED DEFLECTOR, comprising a guide rod with a chisel and an elastic over-bit centralizer and a decentrator, comprising a barrel with a limiter and a frame with elastic support strips connected to the guide rod by an articulated coupling, mounted on the barrel under the limiter with the possibility of reciprocating movement and rotation, characterized in that that it is equipped with a latch for the angular position of the frame relative to the barrel, made in the form of a stop located under the frame on the barrel or at the lower end of the frame a and response groove formed respectively in the chassis or in the trunk, and the stopper is configured as an axial sliding bearing.