RU2112128C1

RU2112128C1 - Gear for directed drilling

Info

Publication number: RU2112128C1
Application number: RU94000495A
Authority: RU
Inventors: Ф.Н. Набиев; В.А. Спивак; Р.И. Алимбеков; Р.Ф. Галиакберов
Original assignee: Государственное научно-производственное предприятие "Пилот"
Priority date: 1994-01-05
Filing date: 1994-01-05
Publication date: 1998-05-27

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: invention is intended for spatial change of direction of hole shaft under rotor drilling. Hollow shaft of gear is composed of lower and upper sections placed at angle α between which coupling joining shaft sections is placed for axial movement. Outer surface of coupling has ring groove for interaction with stopping ring put on body. After installation of gear in hole in preset direction drilling fluid is fed, coupling moves downwards and stopping pin enters ring groove. In this case rotation is transmitted via shaft with coupling to drilling tool and body interacts with walls of hole by means of supporting members, does not change its position determining direction of drilling. For change of drilling direction feeding of drilling fluid is discontinued for time being, shaft is turned till groove of ring groove will be opposite to stopping ring. At this moment coupling moves upwards under action of spring, engages stopping pin and body turns together with shaft through specified angle. After this drilling fluid is fed again and drilling is performed in new direction. EFFECT: enhanced operational efficiency of gear. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к устройствам для изменения направления ствола скважины при роторном бурении. The invention relates to drilling wells, and in particular to devices for changing the direction of the wellbore during rotary drilling.

Известен отклонитель, содержащий трубчатый корпус, отклоняющий элемент, расположенный в его полости, полый вал, расположенный в корпусе с возможностью взаимодействия с отклоняющим элементом, причем верхний конец вала жестко связан с корпусом, а нижний - установлен на шарнирной опоре (SU, авт. св. N 1469075, E 21 B 7/08, 21.04.87). Это устройство имеет ограниченные эксплуатационные возможности, так как, во-первых, оно не позволяет изменять направление скважины в азимутальном направлении, во-вторых, заданное направление выдерживается только при бурении с постоянной осевой нагрузкой. Known diverter containing a tubular housing, a deflecting element located in its cavity, a hollow shaft located in the housing with the possibility of interaction with the deflecting element, and the upper end of the shaft is rigidly connected to the housing, and the lower is mounted on a hinge support (SU, ed. St. N 1469075, E 21 B 7/08, 04.21.87). This device has limited operational capabilities, because, firstly, it does not allow changing the direction of the well in the azimuthal direction, and secondly, the specified direction is maintained only when drilling with constant axial load.

Известно устройство для перекоса частей забойного двигателя, содержащее две соединенные между собой фиксатором трубчатые секции, вращающиеся на цапфе, ось которой наклонена под ровным углом к осям секций, вал, кинематически связанный с частями забойного двигателя, между которыми расположены подшипниковые опоры, которые имеют эксцентричные втулки с эксцентриситетом, направленным в одну сторону (авт.св. N 359432, E 21 B 7/08, 20.12.85). Это устройство также имеет ограниченные эксплуатационные возможности из-за невозможности изменения с его помощью азимутального направления бурения и недостаточной надежности работы узла фиксации трубчатых секций. A device for skewing parts of a downhole motor, comprising two tubular sections interconnected by a latch rotating on a pin, the axis of which is inclined at an equal angle to the axes of the sections, a shaft kinematically connected to parts of the downhole motor, between which are located bearing bearings that have eccentric bushings with an eccentricity directed in one direction (ed. St. N 359432, E 21 B 7/08, 12.20.85). This device also has limited operational capabilities due to the impossibility of changing with it the azimuthal direction of drilling and insufficient reliability of the fixation unit of the tubular sections.

Известно принятое в качестве прототипа устройство, имеющее в корпусе с центрирующими относительно оси скважин поверхностями полый вал, состоящий из верхней и нижней секций, узел изменения вала с возможностью осевого перемещения и подпружиненную относительно нижней секции вала муфту с осевым каналом (патент США N 4895214, E 21 B 7/08, 90.01.23). A device is known which is adopted as a prototype and having a hollow shaft in the housing with surfaces centering on the axis of the wells, consisting of upper and lower sections, a shaft change unit with the possibility of axial movement and a spring-loaded coupling with an axial channel relative to the lower section of the shaft (US patent N 4895214, E 21 B 7/08, 90.01.23).

Устройство-прототип имеет ограниченные эксплуатационные возможности из-за конструктивных особенностей узла управления направлением бурения, не имеющего надежную фиксацию корпуса и, следовательно, не гарантирующего заданного направления скважины. Кроме того, указанное устройство требует двух режимов прокачки бурового раствора, рабочего и управляющего, для перевода его в рабочее положение, что в свою очередь может вызвать увеличение энергетических затрат. The prototype device has limited operational capabilities due to the design features of the control unit for the direction of drilling, which does not have a reliable fixation of the body and, therefore, does not guarantee a given direction of the well. In addition, this device requires two modes of pumping the drilling fluid, working and control, to translate it into working position, which in turn can cause an increase in energy costs.

Задача изобретения - расширение эксплуатационных возможностей, повышение надежности за счет упрощения конструкции и исключение дополнительных энергетических затрат. The objective of the invention is the expansion of operational capabilities, improving reliability by simplifying the design and eliminating additional energy costs.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в обеспечении возможности изменения как вертикального, так и азимутального направления скважины в процессе бурения. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to provide the possibility of changing both the vertical and azimuthal direction of the well during drilling.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для направленного бурения, содержащем полый вал, корпус, установленный на валу концентрично с возможностью вращения, опорные элементы, установленные на наружной поверхности корпуса, и узел управления корпусом, вал выполнен составным из верхней и нижней секций, расположенных под углом одна относительно другой, а узел управления корпусом содержит расположенную между секциями вала и подпружиненную относительно нижней секции муфту, которая установлена с возможностью осевого перемещения и имеет на наружной поверхности кольцевую канавку с пазом для взаимодействия со стопорным пальцем, закрепленным на корпусе. The essence of the invention lies in the fact that in the device for directional drilling, comprising a hollow shaft, a housing mounted concentrically rotatably on the shaft, support elements mounted on the outer surface of the housing, and a housing control unit, the shaft is made up of upper and lower sections, located at an angle relative to one another, and the housing control unit comprises a coupling located between the shaft sections and spring-loaded relative to the lower section, which is mounted with the possibility of axial movement It has an annular groove on the outer surface with a groove for interacting with a locking finger fixed to the housing.

Внутренний диаметр муфты выполнен меньшим, чем внутренний диаметр вала. The inner diameter of the coupling is made smaller than the inner diameter of the shaft.

Муфта соединена с верхней и нижней секциями с помощью бочкообразных эвольвентных шлицев. The coupling is connected to the upper and lower sections using barrel-shaped involute splines.

На фиг. 1 представлен общий вид заявляемого устройства в разрезе; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a General view of the inventive device in section; in FIG. 2 is a view A in FIG. one.

Устройство содержит полый вал, состоящий из верхней 1 и нижней 2 секций, расположенных под углом α одна относительно другой, корпус 3, концы которого концентричны секциям вала, опорные элементы 4 и 5, установленные на наружной поверхности корпуса, и узел управления корпусом, который включает муфту 6 и стопорный палец 7, закрепленный на корпусе 3. Муфта 6 установлена между секциями 1 и 2 вала с возможностью осевого перемещения между ними и подпружинена пружиной 8 относительно нижней 2 секции вала. Секции вала и муфта связаны между собой, например, с помощью бочкообразных эвольвентных шлицев 9, что позволяет передавать вращение при угловом смещении валов до 3^o. На наружной поверхности муфты выполнена кольцевая канавка 10 с пазом 11, по которым она взаимодействует со стопорным пальцем 7 корпуса 3. Для повышения надежности срабатывания узла управления внутренний проходной диаметр муфты может быть выполнен меньше внутреннего проходного диаметра вала. В корпусе 3 установлены валы с возможностью вращения в подшипниках 12, которые защищены от воздействия бурового раствора уплотнениями 13.The device comprises a hollow shaft, consisting of upper 1 and lower 2 sections, located at an angle α one relative to the other, the housing 3, the ends of which are concentric to the shaft sections, support elements 4 and 5 mounted on the outer surface of the housing, and the housing control unit, which includes the clutch 6 and the locking pin 7 mounted on the housing 3. The clutch 6 is installed between the sections 1 and 2 of the shaft with the possibility of axial movement between them and is spring-loaded with a spring 8 relative to the lower 2 section of the shaft. The shaft sections and the coupling are interconnected, for example, using barrel-shaped involute splines 9, which allows you to transmit rotation with an angular displacement of the shafts up to 3 ^o . An annular groove 10 with a groove 11 is made on the outer surface of the coupling, along which it interacts with the locking finger 7 of the housing 3. To increase the reliability of operation of the control unit, the inner bore diameter of the coupling can be made smaller than the inner bore diameter of the shaft. Shafts 3 are mounted in the housing 3 for rotation in bearings 12, which are protected against mud by seals 13.

Заявляемое устройство устанавливается между бурильными трубами и долотом (породоразрушающим инструментом), опускается вместе с ним в скважину и по показаниям, например, телеметрической системы ориентируется в заданном азимутальном направлении. При подаче бурового раствора муфта 6, сжимая пружину 8, перемещается вниз, стопорный палец 7 выходит из паза 11 в кольцевую канавку 10. При этом от колонны труб через вал и муфту вращение передается долоту, а корпус 3, перемещаясь вместе с ними вдоль оси, за счет взаимодействия опорных элементов 4 и 5 со стенками скважины не вращается. Таким образом происходит бурение участка скважины с набором кривизны в заданном азимутальном направлении. Для изменения направления бурения временно прекращают подачу бурового раствора и поворачивают вал, пока паз 11 кольцевой канавки 10 не окажется против стопорного пальца 7. В этот момент муфта 6 под действием пружины 8 перемещается вверх, стопорный палец 7 входит в паз 11, и корпус 3 поворачивается вместе с валом. После того как устройство займет новое азимутальное положение, вновь подается буровой раствор, муфта 6 перемещается вниз, стопорный палец 7 выходит из паза 11, корпус останавливается, и наклонное бурение продолжается в новом азимутальном направлении. The inventive device is installed between the drill pipe and the bit (rock cutting tool), is lowered with it into the well and, according to indications, for example, of the telemetry system, is oriented in a given azimuthal direction. When the drilling fluid is supplied, the coupling 6, compressing the spring 8, moves down, the locking pin 7 leaves the groove 11 into the annular groove 10. In this case, the bit is transmitted from the pipe string through the shaft and the coupling, and the housing 3, moving along with them along the axis, due to the interaction of the supporting elements 4 and 5 with the walls of the well does not rotate. Thus, a section of the well is drilled with a set of curvature in a given azimuthal direction. To change the direction of drilling, the drilling fluid is temporarily stopped and the shaft is turned until the groove 11 of the annular groove 10 is against the locking finger 7. At this moment, the coupling 6 moves upward by the action of the spring 8, the locking finger 7 enters the groove 11, and the housing 3 rotates together with the shaft. After the device has taken a new azimuthal position, the drilling fluid is supplied again, the coupling 6 moves down, the locking pin 7 leaves the groove 11, the housing stops, and inclined drilling continues in the new azimuthal direction.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет изменять пространственное направление ствола скважины непосредственно в процессе бурения, что позволяет повысить производительность за счет сокращения числа спускоподъемных операций. Кроме того, предлагаемое выполнение узла управления корпусом позволяет повысить надежность работы за счет упрощения конструкции и без установки дополнительного оборудования. Thus, the inventive device allows you to change the spatial direction of the wellbore directly during drilling, which improves productivity by reducing the number of tripping operations. In addition, the proposed implementation of the control unit of the housing allows to increase reliability by simplifying the design and without installing additional equipment.

Claims

1. A device for directional drilling, including a hollow shaft, consisting of upper and lower sections, a node for changing the direction of drilling, including a coupling with an axial channel mounted between the shaft sections with axial movement and spring-loaded relative to the lower section, characterized in that the node for changing the direction of drilling made in the form of a housing, the ends of which are concentric with the hollow shaft sections located at an angle one relative to the other, and the coupling is directly connected to the shaft sections and has an outer surface awns annular groove with a groove for fixing it relative to the housing by the locking pin, fixed to the housing, wherein the inner diameter of the coupling passage channel is formed smaller than the passage diameter of the channel of the hollow shaft sections.

2. The device according to claim 1, characterized in that the coupling is mounted with the possibility of axial movement regardless of the amount of pumped mud flow.

3. The device according to claim 1, characterized in that the clutch is connected to the shaft sections by means of barrel-shaped involute splines.