RU2184201C1

RU2184201C1 - Deflecting tool

Info

Publication number: RU2184201C1
Application number: RU2001101974A
Authority: RU
Inventors: Е.Г. Асеев; Х.И. Акчурин; В.Г. Лысяков
Original assignee: Государственное научно-производственное предприятие "Азимут"
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2002-06-27

Abstract

FIELD: drilling equipment. SUBSTANCE: given deflecting tool is designed to change drilling direction when hole is drilled by face motor. Deflecting tool for directional drilling of holes includes knock-down body, cylinder housing piston with hollow rod carrying straight and helical splines, return spring of piston, sealed space filled with oil, rotary spindle kinematically coupled to helical splines on hollow rod of piston. Rotary stirrup coming in the from of rotor with internal ring of helical splines and latches of rotary stirrup mounted for interaction with ratchet ring on rotary spindle and identical immobile stirrup without splines are used to realize kinematic coupling of rotary spindle with helical splines on hollow rod of piston. Latches on stirrup are made for interaction with same ratchet ring on rotary spindle. The latter is coupled to angular adapter employed for deflection of deflecting tool. EFFECT: expanded technological capabilities and prolonged service life of deflecting tool with small diameter. 3 dwg

Description

Изобретение относится к буровой технике и предназначено для изменения направления ствола при бурении забойным двигателем. The invention relates to drilling equipment and is intended to change the direction of the barrel when drilling a downhole motor.

Известен наиболее близкий по конструкции отклонитель направленного бурения скважин, содержащий корпус, цилиндр, поршень с пустотелым штоком и выполненные на нем прямые и винтовые шлицы, соединенные между собой на концах, возвратную пружину поршня, масляную герметизированную полость, поворотный шпиндель, кинематически связанный рычагами с прямыми и винтовыми шлицами (патент РФ 2015287, кл. МКИ 5 Е 21 В 7/08). Known for the closest in design diverter directional drilling of wells, comprising a housing, a cylinder, a piston with a hollow rod and made on it straight and helical splines connected to each other at the ends, a return piston spring, an oil-sealed cavity, a rotary spindle kinematically connected by levers with straight and screw slots (RF patent 2015287, class MKI 5 E 21 V 7/08).

Существенным недостатком этого отклонителя являются:
- трудность размещения большого количества рычагов и шлиц по окружности устройства, что не позволяет уменьшить шаг поворота, вследствие чего прямые и винтовые шлицы по длине не разнесены, это снижает технологические возможности;
- практически невозможно выполнить по этой схеме отклонитель диаметром менее 100 мм, рычаги при этом получаются миниатюрными и не обеспечивают прочность;
- невозможно изменить ход, а соответственно и угол поворота в готовой конструкции, замкнутые шлицы не позволяют это сделать.A significant disadvantage of this diverter is:
- the difficulty of placing a large number of levers and slots around the circumference of the device, which does not allow to reduce the rotation step, as a result of which straight and screw slots are not spaced along the length, this reduces technological capabilities;
- it is practically impossible to perform according to this scheme a deflector with a diameter of less than 100 mm, while the levers are miniature and do not provide strength;
- it is impossible to change the course, and accordingly the rotation angle in the finished structure, closed slots do not allow this.

Технической задачей изобретения является расширение технологических возможностей готовой конструкции отклонителя и увеличение долговечности при малых диаметральных размерах. An object of the invention is to expand the technological capabilities of the finished design of the diverter and increase durability with small diametrical dimensions.

Указанная задача достигается тем, что в известном отклонителе направленного бурения скважин, содержащем сборный корпус, цилиндр, размещенный в нем поршень с пустотелым штоком и выполненными на штоке прямыми и винтовыми шлицами, возвратную пружину поршня, заполненную маслом герметизированную полость, поворотный шпиндель, кинематически связанный с винтовыми шлицами на пустотелом штоке поршня, кинематическая связь поворотного шпинделя с винтовыми шлицами пустотелого штока поршня осуществлена поворотной обоймой, выполненной в виде ротора с внутренним венцом винтовых шлиц и собачками поворотной обоймы, выполненными с возможностью взаимодействия с храповым венцом на поворотном шпинделе и такой же неподвижной обоймой без шлиц, собачки которой выполнены с возможностью взаимодействия с тем же храповым венцом на поворотном шпинделе, последний связан с угловым переводником, выполненным с возможностью отклонения инструмента, а силовое замыкание собачек в обоймах выполнено по наружной цилиндрической поверхности, концентричной их оси поворота. This problem is achieved by the fact that in the known diverter directional drilling of wells, comprising a prefabricated housing, a cylinder, a piston with a hollow rod and straight and screw slots made on the rod, a piston return spring, a sealed cavity filled with oil, a rotary spindle kinematically connected with screw slots on the hollow piston rod, the kinematic connection of the rotary spindle with the screw slots of the hollow piston rod is made by a rotary cage, made in the form of a roto with the inner rim of the screw slots and rotary cage dogs configured to interact with the ratchet rim on the rotary spindle and the same stationary slot without grooves, the dogs of which are designed to interact with the same ratchet rim on the rotary spindle, the latter being connected to the corner adapter, made with the possibility of deviation of the tool, and the power circuit of the dogs in the clips made on the outer cylindrical surface concentric with their axis of rotation.

В предложенном отклонителе отсутствие связи между винтовыми и прямыми шлицами позволяет их разнести по длине по разным венцам, тем самым увеличить их количество, т.е. иметь больший выбор шага. Кроме того, с помощью регулировочного сменного элемента можно изменить ход поршня, что позволит изменить величину угла поворота в сочетании с дополнительным комплектом собачек. Дополнительный комплект собачек позволяет при малом числе зубьев храповика уменьшить угол поворота шпинделя и увеличить размеры зуба. Чем крупнее зуб, тем выше его прочность. В сочетании с силовым замыканием собачки на наружной цилиндрической поверхности в обоймах это значительно увеличивает ее работоспособность и долговечность. In the proposed diverter, the lack of connection between the screw and straight slots allows them to be distributed along the length along different crowns, thereby increasing their number, i.e. have more step choices. In addition, with the help of an adjusting interchangeable element, you can change the piston stroke, which will allow you to change the angle of rotation in combination with an additional set of dogs. An additional set of dogs allows for a small number of ratchet teeth to reduce the angle of rotation of the spindle and increase the size of the tooth. The larger the tooth, the higher its strength. In combination with the power closure of the dog on the outer cylindrical surface in the clips, this significantly increases its performance and durability.

Таким образом, заявленный отклонитель соответствует критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень". Thus, the claimed diver meets the criteria of the invention of "novelty" and "inventive step".

На фиг.1 изображен продольный разрез отклонителя. Figure 1 shows a longitudinal section of the deflector.

На фиг.2 изображен поперечный разрез по А-А поворотной обоймы собачек. Figure 2 shows a cross-section along aa rotary cage of dogs.

На фиг.3 изображен поперечный разрез по Б-Б неподвижной обоймы собачек. Figure 3 shows a transverse section along BB of a stationary clip of dogs.

Отклонитель направленного бурения скважин содержит сборный корпус 1, состоящий из верхней секции 2, средней 3 и нижней 4, цилиндр 5, поршень 6 с пустотелым штоком 7, на котором нарезаны прямые шлицы 8 и винтовые шлицы 9, возвратную пружину 10, заполненную маслом герметизированную полость 11, разделенную поршнем 6 на верхнюю и нижнюю части, поворотный шпиндель 12, поворотную обойму 13, неподвижную обойму 14. Заполненная маслом герметизированная полость 11 образована стаканом 15, зафиксированным заливным клапаном 16, стержнем 17, резиновыми рукавами 18, подшипником 19, поворотного шпинделя 12 и имеет клапан 20. В стержне 17 выполнены окна 21, в подшипнике 19 - окна 22, в нижней секции 4 - окна 23. Прямые шлицы 8 взаимодействуют со шлицами втулки 24, зафиксированной в корпусе винтом 25. Поворотная обойма 13 выполнена в виде ротора и снабжена хвостовиком в виде стакана 26, в котором нарезан узкий венец винтовых шлиц 27, а в окнах размещены на осях 28 собачки 29 и дополнительный комплект собачек 30. Собачки подпружинены пружинами 31, которые закрыты кожухом 32. Соосно с осью 28 выполнена головка собачки по диаметру D, ось 28 имеет лыски и в отверстие собачки посажена с зазором 0,4. ..0,5 мм. Неподвижная обойма 14 зафиксирована винтом 33 и отличается от поворотной только отсутствием хвостовика-стакана 26. Поворотный шпиндель 12 снабжен венцом 34 храповых зубцов, с которыми взаимодействуют собачки обойм. Поворотный шпиндель расположен в подшипнике 19 и в осевом направлении зафиксирован упорными шарикоподшипниками 35 и 36, гайкой 37 и вкладышами 38, со стороны храповых зубьев установлено сменное кольцо 39 регулирования хода поршня. На резьбовой конец поворотного шпинделя установлен угловой переводник 40 с возможностью отклонения инструмента. The diverter of directional drilling of wells includes a prefabricated housing 1, consisting of an upper section 2, middle 3 and lower 4, a cylinder 5, a piston 6 with a hollow rod 7, on which straight slots 8 and screw slots 9 are cut, a return spring 10, an oil-filled sealed cavity 11, divided by a piston 6 into upper and lower parts, a rotary spindle 12, a rotary holder 13, a stationary holder 14. An oil-filled sealed cavity 11 is formed by a glass 15, a fixed filler valve 16, a rod 17, rubber sleeves 18, Ipnik 19, a rotary spindle 12 and has a valve 20. In the shaft 17 there are windows 21, in the bearing 19 - windows 22, in the lower section 4 - windows 23. Straight slots 8 interact with the splines of the sleeve 24, fixed in the housing by a screw 25. Rotary cage 13 is made in the form of a rotor and provided with a shank in the form of a glass 26, in which a narrow crown of screw slots 27 is cut, and dogs 29 and an additional set of dogs 30 are placed on the axes 28. Dogs are spring-loaded with springs 31 that are closed by a casing 32. Coaxially with the axis 28 the head of the dog is made in diameter D, axis 28 and EET dihedron and the pawl hole is fitted with a gap of 0.4. ..0.5 mm. The fixed holder 14 is fixed by a screw 33 and differs from the rotary one only in the absence of a shank-cup 26. The rotary spindle 12 is provided with a ring 34 of ratchet teeth with which the dog clips interact. The rotary spindle is located in the bearing 19 and is axially fixed by thrust ball bearings 35 and 36, a nut 37 and inserts 38, a replaceable piston stroke control ring 39 is mounted on the ratchet side. An angled adapter 40 is mounted on the threaded end of the rotary spindle with the possibility of deviation of the tool.

Отклонитель работает следующим образом. The rejector works as follows.

При подаче бурового раствора через окна 21 он проникает под резиновый рукав 18 и давит на масло в герметизированной полости 11, поршень 6 с пустотелым штоком 7, сжимая возвратную пружину 10, движется вниз до упора его в сменное кольцо 39. Прямые шлицы 8 и втулка 24 не позволяют поршню вращаться вокруг оси. Винтовые шлицы 9, взаимодействуя с венцом винтовых шлиц 27 поворотной обоймы 13, будут поворачивать обойму по часовой стрелке на шаг, который будет определяться числом зубьев храпового венца 34 и длиной хода поршня L. Масло в герметизированной полости 11 будет раздувать резиновый рукав 18, раствор между ним и нижней секцией 4 будет выдавливаться через дренажное окно 23. При повороте на шаг собачка неподвижной обоймы западет в зуб храпового венца. При прекращении подачи бурового раствора поршень пойдет вверх, поворотная обойма займет свое прежнее угловое положение, а поворотный шпиндель 12 останется в повернутом на один шаг положении, вернуться ему в исходное положение не позволит собачка неподвижной обоймы. Шпиндель связан с угловым переводником 40, выполненным с возможностью поворота инструмента. When the drilling fluid is supplied through the windows 21, it penetrates under the rubber sleeve 18 and presses the oil in the sealed cavity 11, the piston 6 with the hollow rod 7, compressing the return spring 10, moves down to the stop in the interchangeable ring 39. Straight splines 8 and sleeve 24 do not allow the piston to rotate around an axis. The screw slots 9, interacting with the crown of the screw slots 27 of the rotary holder 13, will turn the holder clockwise by a step, which will be determined by the number of teeth of the ratchet ring 34 and the piston stroke length L. The oil in the sealed cavity 11 will inflate the rubber sleeve 18, the solution between he and the lower section 4 will be squeezed out through the drainage window 23. When turning a step, the dog of the stationary clip will sink into the tooth of the ratchet ring. When the supply of drilling fluid is stopped, the piston will go up, the rotary cage will take its previous angular position, and the rotary spindle 12 will remain in the position turned by one step, the dog of the stationary cage will not allow it to return to its original position. The spindle is connected to an angular sub 40 configured to rotate the tool.

При повторении цикла шпиндель повернется на следующий шаг и так сколько угодно. When repeating the cycle, the spindle will turn to the next step and so on as much as you like.

Угол наклона шлиц β и длину хода поршня L можно подобрать так, чтобы только заменой сменного кольца 39 можно изменить угол поворота, например, в 2 раза. The angle of inclination of the slot β and the stroke length of the piston L can be selected so that only by replacing the interchangeable ring 39 can the angle of rotation be changed, for example, by 2 times.

В предложенном примере исполнения поворотный шпиндель 12 имеет 9 зубьев храпового венца и один дополнительный комплект собачек 30. Такое исполнение позволяет установить угол поворота шпинделя 20^o, заметим, что без дополнительного комплекта собачек при повороте на такой угол потребуется 18 зубьев, но эти зубья уже будут мелкие, а следовательно, их прочность низкая.In the proposed embodiment, the rotary spindle 12 has 9 teeth of a ratchet and one additional set of dogs 30. This design allows you to set the angle of rotation of the spindle 20 ^o , note that without an additional set of dogs when turning at such an angle, 18 teeth are needed, but these teeth will already be small, and therefore their strength is low.

Силовое замыкание собачек 29 проходит по линии 41 в окне обойм в месте 42 и на зубе храпового венца 34 в месте 43. Головка собачки выполнена диаметром D, в окнах обойм под головки собачек выполнены ответные расточки диаметром D соосно с осью 28, в результате чего из-за наличия зазора в оси 28 нагрузка будет распределяться по диаметру D, ось 28 будет полностью разгружена. The power circuit of the dogs 29 passes along the line 41 in the clip window in place 42 and on the ratchet tooth 34 in place 43. The head of the dog is made with diameter D, in the windows of the clips for the head of the dogs there are reciprocal bores with diameter D aligned with axis 28, as a result of - due to the presence of a gap in axis 28, the load will be distributed along the diameter D, axis 28 will be completely unloaded.

Наличие силового замыкания по наружному диаметру поверхности собачки, возможность применения крупного зуба позволяет улучшить прочностные характеристики, возможность изменения длины хода поршня и угла поворота шпинделя выгодно отличает предложенный отклонитель от прототипа и позволяет значительно уменьшить диаметральные габариты при прочих равных условиях. The presence of a power short circuit along the outer diameter of the surface of the dog, the possibility of using a large tooth can improve the strength characteristics, the ability to change the length of the piston stroke and the angle of rotation of the spindle distinguishes the proposed deflector from the prototype and can significantly reduce the diametrical dimensions, all other things being equal.

Claims

A directional borehole diverter comprising a prefabricated housing, a cylinder, a piston with a hollow rod and straight and helical splines made on the stem, a piston return spring, a sealed cavity filled with oil, a rotary spindle kinematically connected with helical splines on the hollow piston rod the fact that the kinematic connection of the rotary spindle with the screw slots of the hollow piston rod is made by a rotary cage made in the form of a rotor with an internal rim of the screw output slots and pawl dogs that are designed to interact with the ratchet ring on the swivel spindle and the same stationary clip without pins, dogs which are designed to interact with the same ratchet ring on the swivel spindle, the latter being connected to an angled sub made deflectable tool.