RU2082862C1

RU2082862C1 - Spindle-section of deflecting turbodrill

Info

Publication number: RU2082862C1
Authority: RU
Inventors: В.Ф. Буслаев; А.А. Шиляев; В.Н. Стадный; А.П. Изъюров
Original assignee: Печорский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности
Priority date: 1992-09-23
Filing date: 1992-09-23
Publication date: 1997-06-27

Abstract

FIELD: mining industry; well drilling by turbodrills. SUBSTANCE: spindle section includes hollow body accommodating hollow shaft connected with motor shaft by means of articulated coupling, radial and axial bearings and shaft seal. Shaft is installed in radial bearings with clearance, whose size in proportion to distance from articulated coupling to respective radial bearing. Internal surface of radial bearings is conical with small base of cone directed towards articulated coupling. Shaft seal is located between articulated coupling and radial bearing with minimal radial clearance. EFFECT: higher efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к буровой технике, а именно к техническим средствам для углубления наклонно-направленных и горизонтальных скважин. The invention relates to drilling equipment, and in particular to technical means for deepening directional and horizontal wells.

Известен турбобур-отклонитель, содержащий корпус, в котором расположен статор и ротор с независимой подвеской, шпиндель с полым валом, верхнюю и нижнюю полумуфты с контактными поверхностями, установленные на валах ротора и шпинделя, кривой переводник, соединяющий корпус турбобура со шпинделем. Known turbo-baffle, comprising a housing in which a stator and rotor with independent suspension, a spindle with a hollow shaft, upper and lower coupling halves with contact surfaces mounted on the rotor and spindle shafts, a curve sub connecting the turbo-drill housing with the spindle are located.

Однако для достижения малого и среднего радиуса возникает необходимость в увеличении угла перекоса кривого переводника отклонителя, что приводит к снижению проходимости компоновки особенно в осложненных условиях, а также к интенсивному износу радиальных опор и снижению интенсивности искривления. Кроме того, при возникновении осевого люфта забойного двигателя происходит смешение вверх муфты относительно точки пересечения геометрических осей шпинделя и турбобура. В результате увеличиваются интенсивность износа муфты и соответственно энергетические потери. However, to achieve a small and medium radius, there is a need to increase the skew angle of the deflector sub curve, which leads to a decrease in the cross-country ability of the layout especially in difficult conditions, as well as to intensive wear of the radial bearings and a decrease in the intensity of curvature. In addition, when an axial play of the downhole motor occurs, the coupling is mixed upward relative to the intersection of the geometrical axes of the spindle and the turbodrill. As a result, the intensity of the wear of the coupling and, accordingly, the energy loss increase.

Известен также отклонитель, включающий корпус шпинделя, в котором размещены полый вал, соединенный шарнирной муфтой с верхним валом, радиальные и осевые опоры, уплотнение вала и кривой переводник. A deflector is also known, including a spindle housing, in which a hollow shaft is placed connected by an articulated coupling to the upper shaft, radial and axial bearings, a shaft seal and a curve sub.

Наличие кривого переводника требует его ориентирования и затрат, связанных с этим, в результате чего появляется необходимость в использовании телеметрических систем и дополнительных средств на их обслуживание. Кроме того, наличие кривого переводника и удлиненная форма верхнего плеча, состоящего из верхнего шпинделя и забойного двигателя при необходимости увеличения интенсивности искривления и угла перекоса кривого переводника ограничивается проходимостью отклонителя, особенно в осложненные стволы скважин, приводит к ускоренному износу радиальных опор из-за радиальных усилий и самопроизвольному забуриванию вторых стволов. The presence of a crooked sub requires its orientation and the costs associated with this, as a result of which there is a need to use telemetry systems and additional tools for their maintenance. In addition, the presence of a sub curve and an elongated shape of the upper arm, consisting of an upper spindle and a downhole motor, if it is necessary to increase the curvature intensity and the skew angle of the sub curve, is limited by patency of the diverter, especially in complicated wellbores, resulting in accelerated wear of radial bearings due to radial forces and spontaneous drilling of the second trunks.

В некоторых случаях из-за отсутствия проходимости и необходимости приведения проработок повышается вероятность забуривания второго ствола. In some cases, due to the lack of cross-country ability and the need to bring in the development, the likelihood of drilling the second trunk increases.

При этом отсутствует возможность использования наддолотного калибратора
расширителя из-за ограниченной проходимости компоновки.At the same time, there is no possibility of using an over-bit calibrator
expander due to limited cross-country layout.

Цель изобретения улучшение проходимости отклонителя в искривленный ствол скважины при безориентированном и ориентированном наборе угла. The purpose of the invention is the improvement of the permeability of the deflector into the curved wellbore with a non-oriented and oriented set of angles.

Цель достигается тем, что в шпиндельной секции турбобура-отклонителя, включающей полый корпус и размешенные в корпусе связанный с валом двигателя шарнирной муфтой полый вал, радиальные и осевые опоры и уплотнения вала, последний установлен в радиальных опорах с зазором, величина которого возрастает пропорционально расстоянию от шарнирной муфты до соответствующей радиальной опоры, а внутренняя поверхность радиальных опор выполнена конусной с направлением меньшего основания конуса в сторону шарнирной муфты, при этом уплотнение размещено между муфтой и радиальной опорой с минимальным радиальным зазором. The goal is achieved by the fact that in the spindle section of the turbodrill deflector, which includes a hollow housing and a hollow shaft, radial and axial bearings and shaft seals connected to the engine shaft by a hinge coupling, the latter installed in radial bearings with a gap, the value of which increases in proportion to the distance from of the articulated coupling to the corresponding radial support, and the inner surface of the radial bearings is conical with the direction of the smaller base of the cone towards the articulated coupling, the seal being but between the coupling and the radial bearing with a minimum radial clearance.

Наличие зазора, а также выполнение конических внутренних диаметров радиальных опор позволит отклонителю принимать форму искривленного ствола, т.е. обеспечить проходимость всей компоновки. The presence of a gap, as well as the implementation of the conical inner diameters of the radial bearings, will allow the deflector to take the form of a curved barrel, i.e. to ensure patency of the entire layout.

Размещение уплотнителя между муфтой и радиальной опорой с минимальным зазором позволит предупредить прохождение бурового раствора между валом и радиальными опорами и, как следствие, заклинивание долота из-за низкого качества очистки забоя, вызванного увеличенным зазором ниппельной части отклонителя. Placing the seal between the coupling and the radial bearing with a minimum clearance will prevent the passage of drilling fluid between the shaft and the radial bearings and, as a result, the bit will become jammed due to the poor quality of face cleaning caused by the increased clearance of the nipple part of the deflector.

На чертеже, изображена схема компоновки низа бурильной колонны. In the drawing, shows a layout diagram of the bottom of the drill string.

Шницельная секция турбобура отклонителя состоит из корпуса шпинделя 1, соединенного с одной стороны через переводник 2 с турбобуром и колонной бурильных труб, а с другой стороны через ниппель 3-с калибратором расширителем 4 и долотом 5. В корпусе шпинделя 1 размещены полый вал 6, соединенный с шарнирной муфтой 7, а между валом и корпусом установлены радиальные 8 и осевые 9 опоры в виде подшипников. Радиальные опоры 8 установлены с зазором 10, причем зазор увеличивается прямо пропорционально расстоянию от муфты 7 до каждой радиальной опоры и определяют по формуле

где α угол перекоса вала, град;
d радиальный зазор в опоре, мм;
l расстояние от муфты до радиальной опоры, мм.The shnitelny section of the turbodrill deflector consists of a spindle housing 1, connected on one side through a sub 2 with a turbodrill and a drill pipe string, and on the other hand, through a nipple 3 with a calibrator expander 4 and a chisel 5. In the spindle housing 1 there is a hollow shaft 6 connected with an articulated clutch 7, and between the shaft and the housing there are radial 8 and axial 9 bearings in the form of bearings. Radial bearings 8 are installed with a gap of 10, and the gap increases in direct proportion to the distance from the coupling 7 to each radial support and is determined by the formula

where α is the skew angle of the shaft, deg;
d radial clearance in the support, mm;
l distance from the coupling to the radial support, mm

Внутренняя поверхность радиальных опор (подшипников) выполнена конической формы, причем меньшее основание направлено в сторону шарнирной муфтой 7. Между радиальной опорой с минимальным зазором и муфтой 7 размешено уплотнение 11. The inner surface of the radial bearings (bearings) is made conical in shape, with the smaller base directed towards the side by the articulated sleeve 7. Between the radial bearing with a minimum clearance and the coupling 7, a seal 11 is placed.

Подбор радиальных опор различного внутреннего диаметра осуществляют путем обточки радиальных и осевых опор на копировальном станке по конусу. Компоновку с отклонителем осуществляют следующим образом. The selection of radial bearings of various internal diameters is carried out by turning the radial and axial bearings on the copying machine along the cone. The layout with the diverter is as follows.

После формирования наклонного направляющего участка, пробуренного с ориентированным отклонителем, производят проработку ствола скважины с калибратором. При этом спускают компоновку следующего состава: долото, переводник, калибратор, секционный турбобур, снабженный шпинделем со свободным в радиальном направлении валом. Под действием составляющей веса турбобура и корпуса шпинделя, турбобур касается нижней стенки скважины и происходит перекос вала относительно оси скважины на величину угла, вызванного наличием радиального зазора, который увеличивается по мере удаления от муфты, и стрелы прогиба турбобура. После запуска турбобура и создания осевой нагрузки на долото создают изгибающий момент на долото, вызванный внецентренным сжатием вала. При вращении вала радиальный зазор ограничен радиальными опорами, а реакция забоя и передача осевой нагрузки осуществляется через осевые опоры турбобура. После отрыва долота от забоя отклонитель принимает форму ствола, которая может меняться при спуске и подъеме инструмента. After the formation of an inclined guide section drilled with an oriented diverter, a wellbore is worked out with a calibrator. At the same time, the layout of the following composition is lowered: a bit, a sub, a calibrator, a sectional turbodrill, equipped with a spindle with a shaft that is free in the radial direction. Under the influence of the weight component of the turbo-drill and the spindle body, the turbo-drill touches the bottom wall of the well and the shaft is skewed relative to the axis of the well by the angle caused by the presence of a radial clearance, which increases with distance from the coupling, and the arrow of the deflection of the turbo-drill. After starting the turbodrill and creating an axial load on the bit, a bending moment is created on the bit caused by eccentric shaft compression. When the shaft rotates, the radial clearance is limited by the radial bearings, and the reaction of the face and the transmission of the axial load is carried out through the axial bearings of the turbodrill. After the bit is removed from the bottom, the diverter takes the form of a barrel, which can change during the descent and ascent of the tool.

Пример конкретного выполнения. Безориентированный набор. Состав КНБК: 295,3 мм долото, переводник 0,7 м, КС 295,3, 5ТСШ 240 со шпинделем радиальным с зазором 25 мм, с шарнирной муфтой соединения валов шпинделя и турбобура, УБТС2-203-50 м, ТБПВ-127. Суммарный угол перекоса турбобура будет равен

Ожидаемый темп набора угла до 7 град/100 м, сопоставимо с работой отклоняющей системы.An example of a specific implementation. An orientation-free set. BHA composition: 295.3 mm bit, 0.7 m sub, KS 295.3, 5TSSh 240 with a radial spindle with a clearance of 25 mm, with an articulated coupling for connecting spindle and turbo-drill shafts, UBTS2-203-50 m, TBPV-127. The total skew angle of the turbodrill will be equal to

The expected rate of angle gain up to 7 deg / 100 m, comparable with the work of the deflecting system.

Предлагаемая шпиндельная секция турбобура-отклонителя позволит при ее использовании:
сократить затраты, связанные с ориентированием отклонителя;
обеспечить проходимость за счет наличия зазора в радиальных опорах в сильно искривленных стволах наклонных и горизонтальных скважин;
в случае установки наддолотного калибратора позволит сократить затраты на калибровку и расширение ствола;
при установке центратора на корпус шпинделя отклонитель будет работать как маятниковая компоновка по уменьшению угла.The proposed spindle section of the turbodrill deflector will allow, when using it:
reduce costs associated with orienting the diverter;
to ensure patency due to the presence of a gap in the radial bearings in highly curved trunks of deviated and horizontal wells;
in the case of installing an over-bit calibrator, it will reduce the cost of calibrating and expanding the barrel;
when installing the centralizer on the spindle housing, the diverter will work as a pendulum arrangement to reduce the angle.

Claims

The spindle section of the deflector, including a hollow body and a hollow shaft, radial and axial bearings and a shaft seal, which is installed in the radial bearings with a gap, the size of which increases in proportion to the distance from the hinged coupling, located in the housing and connected to the motor shaft by a hinged coupling to the corresponding radial bearings, and the inner surface of the radial bearings is tapered with the direction of the smaller base of the cone towards the hinge clutch, while the shaft seal is located between with coupling and radial support with a minimum radial clearance.