RU2189428C2

RU2189428C2 - Indicating orientator

Info

Publication number: RU2189428C2
Application number: RU2000131084/03A
Authority: RU
Inventors: Р.Б. Закиев; Ю.Г. Соловов; Ю.Ф. Блохин; А.Б. Мержеевский; А.А. Резников
Original assignee: Забайкальский комплексный научно-исследовательский институт
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2002-09-20

Abstract

FIELD: equipment for drilling of geological exploration wells; applicable in orientation of technical means of directed drilling and production of signals on completion of process of their orientation in well. SUBSTANCE: indicating orientator has body with two oppositely directed screw surfaces and supporting bead. Body accommodates movable shaft with axial channel, radial and connector detachably connected with deflecting tool, pressing-down and movable bushings and ball located between them. Movable bushing is mounted on shaft in region of location of connector and radial holes and spring-loaded relative to shaft towards pressing-down bushing. Movable bushing has bore for hydraulic communication of cavities above and under connector. Movable bushing upper end has recesses for receiving a ball, and thrust boss whose height is less than ball diameter and exceeds difference between ball diameter and depth of recess receiving a ball. EFFECT: higher operating reliability. 5 dwg

Description

Изобретение относится к технике бурения геологоразведочных скважин и предназначено для ориентирования технических средств направленного бурения (отклонителей) с получением сигнала о завершении процесса их ориентирования в скважине. The invention relates to a technique for drilling exploration wells and is intended to orient the technical means of directional drilling (deflectors) with a signal to complete the process of orienting them in the well.

Известно устройство для ориентирования отклонителей, включающее корпус, имеющий опорный бурт, подвижный вал с осевым каналом, радиальными отверстиями, перемычкой и двумя противоположно направленными винтовыми поверхностями, подвижную прижимную втулку, пазы для размещения шарика и шарик, расположенный между корпусом и валом с возможностью взаимодействия с винтовыми поверхностями (патент США 2632630, кл. 166-117.5, 1949). При этом пазы для размещения шарика выполнены на опорном бурте корпуса, а прижимная втулка в процессе ориентирования опирается на шарик. A device for orienting deflectors is known, including a housing having a support collar, a movable shaft with an axial channel, radial holes, a jumper and two oppositely directed screw surfaces, a movable pressure sleeve, grooves for accommodating the ball and a ball located between the housing and the shaft with the possibility of interaction with helical surfaces (US Pat. No. 2,632,630, CL 166-117.5, 1949). In this case, the grooves for placing the ball are made on the support collar of the housing, and the clamping sleeve in the process of orientation is based on the ball.

Недостатком известного устройства является низкая надежность работы. Это обусловлено следующими причинами. Во-первых, затруднено определение момента окончания и хода процесса ориентирования из-за отсутствия элементов, обеспечивающих получение контрольного сигнала. Во-вторых, в процессе ориентирования на контакт "шарик - винтовая поверхность" действует усилие, необходимое для перемещения отклонителя от забоя скважины, величина которого зависит от состояния стенок скважины, величины зенитного угла и, особенно, конструкции отклонителя. Так, предварительная постановка бесклиновых отклонителей непрерывного действия на забой скважины, требующаяся для перевода известного устройства для ориентирования отклонителей из транспортного в промежуточное рабочее положение для проведения операции ориентирования, сопровождается раскреплением отклонителя в стволе скважины (см., например, Морозов Ю.Т. Методика и техника направленного бурения скважин на твердые полезные ископаемые. - Л.: Недра, 1987, с. 106-111). Поэтому отрыв от забоя для осуществления операции ориентирования происходит при значительных осевых нагрузках, приводящих к большим контактным нагрузкам на винтовой поверхности, что вызывает на них задиры, вмятины и т.д. и приводит к поломкам перемычек между пазами для размещения шарика. В-третьих, в процессе ориентирования шарик постоянно зажат между тремя элементами (корпусом, прижимной втулкой и винтовой поверхностью) и не может свободно перекатываться по винтовой поверхности, что приводит к увеличению сопротивления перемещению шарика и соответственно снижению надежности работы устройства. A disadvantage of the known device is the low reliability. This is due to the following reasons. Firstly, it is difficult to determine the moment of completion and the course of the orientation process due to the lack of elements providing a control signal. Secondly, in the process of orienting on the ball-helical contact, the force necessary to move the diverter from the bottom of the well acts, the magnitude of which depends on the condition of the walls of the well, the zenith angle, and especially the design of the diverter. So, the preliminary setting of non-wedge-shaped continuous diverters to the bottom of the well, required to transfer the known device for orienting the diverters from the transport to the intermediate working position for the orientation operation, is accompanied by the unfastening of the diverter in the wellbore (see, for example, Morozov Yu.T. Methodology and the technique of directional drilling of wells for solid minerals. - L .: Nedra, 1987, p. 106-111). Therefore, the separation from the bottom for the orientation operation occurs at significant axial loads, leading to large contact loads on the helical surface, which causes seizures, dents, etc. and leads to breakage of the jumpers between the grooves to accommodate the ball. Thirdly, in the process of orientation, the ball is constantly sandwiched between three elements (the housing, the clamping sleeve and the screw surface) and cannot freely roll on the screw surface, which leads to an increase in the resistance to movement of the ball and, accordingly, a decrease in the reliability of the device.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является ориентатор-сигнализатор по а.с. 1488452, кл. Е 21 В 47/02, 1987. Ориентатор-сигнализатор включает корпус, имеющий две противоположно направленные винтовые поверхности, и опорный бурт, подвижный вал с осевым каналом, радиальными отверстиями и перемычкой, подвижную прижимную втулку, пазы для размещения шарика и шарик, размещенный между корпусом и валом с возможностью взаимодействия с винтовыми поверхностями. При этом пазы для размещения шарика выполнены на верхнем торце бурта вала, а устройство, кроме того, снабжено вторым шариком, установленным между прижимной втулкой и дополнительными буртами на подвижном валу и в корпусе устройства, и контрольным пазом для размещения второго шарика, выполненным в дополнительном бурте корпуса устройства. При требуемой ориентации отклонителя при постановке его на забой скважины второй шарик находится в контрольном пазе, а прижимная втулка упирается своим опорным буртом в дополнительный бурт корпуса. При ориентации отклонителя, отключающейся от требуемой, прижимная втулка опирается в дополнительный бурт корпуса через второй шарик, не находящийся в контрольном пазе. The closest in technical essence to the claimed device is the orientator-signaling device for AS 1488452, cl. E 21 B 47/02, 1987. The orienting signaling device includes a housing having two oppositely directed screw surfaces, and a support collar, a movable shaft with an axial channel, radial holes and a jumper, a movable pressure sleeve, grooves for accommodating the ball and a ball located between housing and shaft with the possibility of interaction with screw surfaces. In this case, the grooves for placing the ball are made on the upper end of the shaft shoulder, and the device, in addition, is equipped with a second ball installed between the pressure sleeve and additional collars on the movable shaft and in the device body, and a control groove for placing the second ball, made in the additional shoulder device enclosures. With the required orientation of the deflector when setting it to the bottom of the well, the second ball is in the control groove, and the pressure sleeve rests with its support shoulder in an additional shoulder of the housing. When the direction of the diverter is disconnected from the required, the clamping sleeve is supported in an additional shoulder of the housing through the second ball, which is not in the control groove.

Недостатком данного устройства является низкая надежность работы, обусловленная следующими причинами. Во-первых, как и в указанном выше устройстве (патент США 2632630, кл. 166-117.5), на контакт "шарик - винтовая поверхность" при ориентировании действует усилие, необходимое для отрыва отклонителя от забоя скважины. Во-вторых, шарик фиксируется в пазах для его размещения только за счет его силы тяжести, что не позволяет использовать данное устройство для ориентирования отклонителей при бурении горизонтальных и восстающих скважин. А при бурении наклонных скважин это вызывает необходимость соблюдения определенных соотношений между глубиной пазов, диаметром шарика и шагом винтовых поверхностей, при которых исключается перекатывание шарика из одного паза в другой в процессе ориентирования, что приводит к ограничению числа пазов и уменьшению шага винтовых поверхностей. В первом случае снижается точность ориентации, во втором - уменьшается величина создаваемого данным устройством момента на проворот отклонителя. Таким образом, перечисленные недостатки снижают надежность в работе устройства в целом. The disadvantage of this device is the low reliability due to the following reasons. Firstly, as in the aforementioned device (US Pat. No. 2,632,630, class 166-117.5), the orientation of the ball-helical surface force affects the force required to separate the diverter from the bottom of the well. Secondly, the ball is fixed in the grooves for its placement only due to its gravity, which does not allow the use of this device to orient the deflectors when drilling horizontal and rising wells. And when drilling deviated wells, this necessitates the observance of certain relations between the depth of the grooves, the diameter of the ball and the pitch of the screw surfaces, at which the ball does not roll from one groove to another in the orientation process, which leads to a limitation in the number of grooves and a decrease in the pitch of the screw surfaces. In the first case, the orientation accuracy decreases, in the second case, the magnitude of the moment created by this device for turning the deflector decreases. Thus, the above disadvantages reduce the reliability of the device as a whole.

Настоящее изобретение повышает надежность в работе ориентатора-сигнализатора. The present invention improves the reliability of the orientator signaling device.

Для этого известный ориентатор-сигнализатор, содержащий корпус, имеющий две противоположно направленные винтовые поверхности и опорный бурт, подвижный вал с осевым каналом, радиальными отверстиями и перемычкой, подвижную прижимную втулку, пазы для размещения шарика и шарик, расположенный между корпусом и валом с возможностью взаимодействия с винтовыми поверхностями, дополнительно снабжен подвижной втулкой, установленной на валу в месте размещения перемычки и радиальных отверстий и подпружиненной относительно вала в направлении прижимной втулки, в подвижной втулке выполнена расточка для гидравлического соединения полостей над и под перемычкой, пазы для размещения шарика выполнены на верхнем торце подвижной втулки, который снабжен упорным выступом, при этом высота упорного выступа отвечает соотношению
d - h < l < d, (1)
где d - диаметр шарика, мм;
h - глубина пазов для размещения шарика, мм;
l - высота упорного выступа, мм.For this purpose, a known orienting signaling device comprising a housing having two oppositely directed screw surfaces and a support collar, a movable shaft with an axial channel, radial holes and a jumper, a movable pressure sleeve, grooves to accommodate the ball and a ball located between the housing and the shaft with the possibility of interaction with screw surfaces, is additionally equipped with a movable sleeve mounted on the shaft at the location of the jumper and radial holes and spring-loaded relative to the shaft in the direction of pressing bearing sleeve, a bore is made in the movable sleeve for hydraulic connection of the cavities above and below the jumper, grooves for placing the ball are made on the upper end of the movable sleeve, which is equipped with a thrust protrusion, while the height of the thrust protrusion corresponds to the ratio
d - h <l <d, (1)
where d is the diameter of the ball, mm;
h is the depth of the grooves to accommodate the ball, mm;
l is the height of the thrust protrusion, mm

Снабжение ориентатора-сигнализатора подвижной втулкой, установленной на валу и подпружиненной относительно подвижного вала в направлении прижимной втулки, с одновременным выполнением пазов для размещения шарика на данной подвижной втулке обеспечивает независимость ограниченных продольных перемещений подвижного вала и размещающегося в пазах подвижной втулки шарика в процессе ориентирования отклонителя. Благодаря этому при отрыве отклонителя от забоя скважины для его ориентирования подвижный вал ориентатора-сигнализатора свободно занимает свое первоначальное положение, воспринимая при этом необходимое для отрыва отклонителя от забоя скважины усилие, а ориентирование отклонителя происходит при независимом ходе подвижной втулки под действием усилия деформированной пружины. The supply of the orientator-signaling device with a movable sleeve mounted on the shaft and spring-loaded relative to the movable shaft in the direction of the pressure sleeve, while simultaneously making grooves for placing the ball on this movable sleeve, ensures the independence of the limited longitudinal movements of the movable shaft and the ball located in the grooves of the movable sleeve during orientation of the deflector. Due to this, when the diverter is detached from the bottom of the well to orient it, the movable shaft of the orientator-signaling device freely takes its initial position, while taking the force necessary to detach the diverter from the bottom of the well, and the diverter is oriented when the movable sleeve moves independently under the action of the deformed spring.

Установка подвижной втулки на валу в месте размещения перемычки и радиальных отверстий и выполнение в подвижной втулке расточки для гидравлического соединения полостей над и под перемычкой обеспечивает получение гидравлических сигналов в виде повышения давления (уменьшения расхода) промывочной жидкости при относительных перемещениях подвижной втулки и подвижного вала, свидетельствующих о характере протекания процесса ориентирования отклонителя. The installation of the movable sleeve on the shaft at the location of the jumper and radial holes and the execution in the movable sleeve of a bore for hydraulic connection of the cavities above and below the jumper provides hydraulic signals in the form of an increase in pressure (decrease in flow rate) of the flushing fluid during relative movements of the movable sleeve and the movable shaft, indicating about the nature of the process of orientation of the diverter.

Благодаря снабжению верхнего торца подвижной втулки, кроме пазов для размещения шарика, упорным выступом для взаимодействия с нижним торцем прижимной втулки шарик в процессе ориентирования (при отрыве отклонителя от забоя скважины) находится в пазах для его размещения независимо от зенитного угла скважины. При этом соблюдение соотношения (1) гарантирует, что шарик не будет, с одной стороны, зажат между прижимной и подвижной втулками, что снижает сопротивление перемещению шарика по винтовым поверхностям стакана в процессе ориентирования, с другой - что шарик не будет перекатываться из одного паза для его размещения в другой в процессе ориентирования при любых соотношениях глубины пазов и шага винтовых поверхностей. Due to the supply of the upper end of the movable sleeve, in addition to the grooves for placing the ball, with a thrust protrusion for interacting with the lower end of the clamping sleeve, the ball is in the grooves in the orientation process (when the deflector is separated from the bottom of the well) regardless of the zenith angle of the well. At the same time, compliance with relation (1) ensures that the ball will not, on the one hand, be sandwiched between the clamping and moving sleeves, which reduces the resistance to moving the ball along the helical surfaces of the glass during orientation, on the other hand, that the ball will not roll from one groove for its placement in another during the orientation process at any ratios of the depth of the grooves and the pitch of the screw surfaces.

Таким образом, предлагаемая конструкция ориентатора-сигнализатора за счет исключения воздействия необходимого для отрыва отклонителя от забоя скважины усилия на контакт "шарик - винтовая поверхность" и гарантированности нахождения шарика в пазу для его размещения независимо от зенитного угла, причем шарик при этом не зажат между прижимной и подвижной втулками, обеспечивает повышение надежности работы устройства. Thus, the proposed design of the orientator-signaling device by eliminating the necessary force to detach the diverter from the bottom of the well to the ball-helical contact and ensuring that the ball is in the groove for its placement regardless of the zenith angle, and the ball is not clamped between the clamping angle and movable bushings, provides increased reliability of the device.

На фиг.1 изображен ориентатор-сигнализатор в транспортном положении, общий вид; на фиг.2 - то же, при постановке на забой скважины; на фиг.3 - то же, в процессе ориентирования отклонителя при отрыве его от забоя скважины; на фиг.4, 5 - расчетные схемы для определения расстояния между вершинами пазов для размещения шарика и торцем прижимной втулки. Figure 1 shows the orientator-signaling device in the transport position, General view; figure 2 - the same when setting for bottom hole; figure 3 is the same, in the process of orienting the diverter when it is separated from the bottom of the well; figure 4, 5 - calculation schemes for determining the distance between the tops of the grooves to accommodate the ball and the end of the clamping sleeve.

Ориентатор-сигнализатор содержит (фиг.1) корпус, состоящий из верхней 1 и нижней 2 частей, соединенных между собой ниппелем 3, верхний торец которого является внутренним опорным буртом. В верхней части 1 корпуса установлен жестко связанный с ним стакан 4 с двумя противоположно направленными винтовыми поверхностями 5, образующими ориентирующий паз на его нижнем торце, обращенном к верхнему торцу ниппеля 3. The orientator-signaling device contains (Fig. 1) a housing consisting of an upper 1 and a lower 2 parts interconnected by a nipple 3, the upper end of which is an internal supporting collar. In the upper part 1 of the casing there is a glass 4 rigidly connected with it with two oppositely directed screw surfaces 5 forming an orienting groove at its lower end facing the upper end of the nipple 3.

Внутри корпуса, коаксиально ему, расположены подвижный вал 6 с возможностью вращения и осевых перемещений и шлицевая втулка 7. При этом подвижный вал 6 и шлицевая втулка 7 благодаря выполнению шлиц только в нижней части шлицевой втулки 7 имеют разъемное шлицевое соединение. Подвижный вал 6 снабжен буртом 8 для взаимодействия с верхним торцом корпуса в транспортном положении ориентатора-сигнализатора. На подвижном валу 6 установлены, с возможностью ограниченных продольных перемещений относительно него, прижимная 9 и подвижная 10 втулки, подпружиненные с помощью пружин 11 и 12 в направлении друг к другу, причем усилие деформации пружины 12 значительно больше усилия деформации пружины 11. Верхний торец пружины 11 опирается в бурт 8 подвижного вала 6, а нижний торец пружины 12 через шайбу 13 - в верхний торец шлицевой втулки 7. Для ограничения продольных перемещений прижимная втулка 9 имеет упорный бурт 14 для взаимодействия с верхним торцем стакана 4 через подшипник скольжения 15, а в подвижной втулке 10 выполнен продольный паз 16, в котором находится головка винта 17, установленного на подвижном валу 6. Между обращенными друг к другу торцами прижимной втулки 9 и подвижной втулки 10 в полости корпуса, ограниченной винтовыми поверхностями 5 стакана 4 и верхним торцем ниппеля 3, размещен шарик 18, а на верхнем торце подвижной втулки 10 выполнены пазы 19 для размещения данного шарика 18 и упорный выступ 20 (фиг. 4, 5) для взаимодействия с нижним торцем прижимной втулки 9, высота которого выбирается таким образом, что выполняется соотношение (1). Inside the housing, coaxially to it, there is a movable shaft 6 with the possibility of rotation and axial movements and a spline sleeve 7. In this case, the movable shaft 6 and the spline sleeve 7 due to the execution of the splines only in the lower part of the spline sleeve 7 have a split splined connection. The movable shaft 6 is equipped with a shoulder 8 for interaction with the upper end of the housing in the transport position of the orientator-signaling device. On the movable shaft 6 are installed, with the possibility of limited longitudinal displacements relative to it, a clamping 9 and a movable 10 bushings spring-loaded with springs 11 and 12 towards each other, and the deformation force of the spring 12 is much greater than the deformation force of the spring 11. The upper end of the spring 11 leans against the shoulder 8 of the movable shaft 6, and the lower end of the spring 12 through the washer 13 into the upper end of the spline sleeve 7. To limit the longitudinal movements, the pressure sleeve 9 has a stop shoulder 14 to interact with the upper end of the cup for 4 hours A sliding bearing 15 is inserted, and a longitudinal groove 16 is made in the movable sleeve 10, in which there is a screw head 17 mounted on the movable shaft 6. Between the ends of the clamping sleeve 9 facing each other and the movable sleeve 10 in the housing cavity bounded by the screw surfaces 5 of the glass 4 and the upper end of the nipple 3, a ball 18 is placed, and on the upper end of the movable sleeve 10, grooves 19 are made to accommodate this ball 18 and a persistent protrusion 20 (Fig. 4, 5) for interaction with the lower end of the clamping sleeve 9, the height of which is selected so that relation (1) is satisfied.

Для того чтобы шарик 18 не был зажат в процессе ориентирования между торцами прижимной 9 и подвижной 10 втулок, высота упорного выступа 20 удовлетворяет соотношению (фиг.4)
d - h < l, (2)
где d - диаметр шарика 18, мм;
h - глубина пазов 19 для размещения шарика, мм;
l - высота упорного выступа 20, мм.In order that the ball 18 was not clamped in the process of orientation between the ends of the clamping 9 and the movable 10 of the bushings, the height of the thrust protrusion 20 satisfies the ratio (figure 4)
d - h <l, (2)
where d is the diameter of the ball 18, mm;
h is the depth of the grooves 19 for placing the ball, mm;
l - the height of the persistent protrusion of 20 mm

Для того чтобы шарик 19 не перекатывался из одного паза 19 для его размещения в другой в процессе ориентирования, высота упорного выступа 20 удовлетворяет соотношению (фиг.5)
l < d, (3)
где l - высота упорного выступа 20, мм;
d - диаметр шарика 18, мм.In order that the ball 19 does not roll from one groove 19 for its placement in another during the orientation process, the height of the persistent protrusion 20 satisfies the relation (Fig. 5)
l <d, (3)
where l is the height of the persistent protrusion of 20, mm;
d is the diameter of the ball 18, mm.

Для прохода промывочной жидкости в подвижном валу 6 и шлицевой втулке 7 выполнен осевой канал 21, разделенный в шлицевом валу 6 перемычкой 22, выше и ниже которой в валу 6 выполнены радиальные отверстия 23, а в подвижной втулке 10 имеется расточка 24 для соединения полостей над и под перемычкой 22. For the passage of flushing fluid in the movable shaft 6 and spline sleeve 7, an axial channel 21 is made, separated by a bridge 22 in the spline shaft 6, above and below which radial holes 23 are made in the shaft 6, and in the movable sleeve 10 there is a bore 24 for connecting the cavities above and under jumper 22.

Нижняя часть корпуса 2 и шлицевая втулка 7 снабжены резьбами 25 и 26 для соединения соответственно с корпусом и валом отклонителя, а подвижный вал 6 резьбой (не показано) для соединения с колонной бурильных труб. The lower part of the housing 2 and the splined sleeve 7 are provided with threads 25 and 26 for connecting with the housing and the deflector shaft, respectively, and the movable shaft 6 is threaded (not shown) for connecting with the drill pipe string.

Ориентатор-сигнализатор работает следующим образом. Orientator signaling operates as follows.

На поверхности с помощью резьб 25 и 26 ориентатор-сигнализатор соединяется с отклонителем и с помощью узла установки последнего производят настройку на проектный угол установки. Для этого ориентирующий паз стакана 4, образованный его винтовыми поверхностями 5, устанавливают так, что направление искривления ствола скважины отклонителем составляет по отношению к ориентирующему пазу проектный угол установки. Подготовленный таким образом комплекс, включающий отклонитель и ориентатор-сигнализатор, доставляется на колонне бурильных труб на забой скважины. Перед постановкой комплекса на забой включается подача промывочной жидкости, которая через осевой канал 21, радиальное отверстие 23, расточку 24 и вновь радиальное отверстие 23 и осевой канал 21 свободно поступает на забой скважины (фиг.1). On the surface with the help of threads 25 and 26, the orientator-signaling device is connected to the diverter and, using the installation unit of the latter, the adjustment is made to the design installation angle. For this, the orienting groove of the cup 4, formed by its helical surfaces 5, is set so that the direction of curvature of the wellbore by the diverter is in relation to the orienting groove the design angle of the installation. The complex prepared in this way, including a diverter and an orientator-signaling device, is delivered on the drill pipe string to the bottom of the well. Before setting the complex to the bottom, the supply of flushing fluid is turned on, which through the axial channel 21, the radial hole 23, the bore 24 and again the radial hole 23 and the axial channel 21 freely enter the bottom of the well (Fig. 1).

Затем комплекс кратковременно ставят на забой скважины. При этом (фиг.2) подвижный вал 6 смещается вниз до взаимодействия его нижнего торца с торцем шлицевой втулки 7 (на величину S₀). Одновременно с подвижным валом 6 за счет взаимодействия с винтом 17 вниз (также на величину S₀) смещается подвижная втулка 10, сжимая пружину 12. Подпружиненная относительно подвижного вала 6 с помощью опирающейся на бурт 8 пружины 11 прижимная втулка 9 перемещается до взаимодействия ее упорного бурта 14 с верхним торцем стакана 4 через подшипник 15 (на величину (S₁<S₀). Перемещаясь вниз, прижимная втулка 9 обеспечивает принудительное перемещение шарика 18 из ориентирующего паза стакана 4 в направлении верхнего торца ниппеля 3 (на величину S₁). При этом при максимальном перемещении прижимной втулки 9 (на величину S₁) шарик 18 не зажат между нижним торцем прижимной втулки 9 и верхним торцем ниппеля 3, что обеспечивается за счет выполнения соотношения
H₁ > H₂ + d, (4)
где H₁ - расстояние от нижнего торца прижимной втулки 9 до верхнего торца ниппеля 3, мм;
H₂ - расстояние от нижнего торца подшипника 15 до нижнего торца прижимной втулки 9, мм;
d - диаметр шарика 18, мм.Then the complex is briefly put on the bottom of the well. In this case (figure 2) the movable shaft 6 is shifted down to the interaction of its lower end with the end of the spline sleeve 7 (by the value of S ₀ ). Simultaneously with the movable shaft 6 due to the interaction with the screw 17 downwards (as the value S ₀₎ shifts the sliding sleeve 10, compressing the spring 12. The spring-loaded relative to the movable shaft 6 via the spring rests on the shoulder 11 August clamping sleeve 9 is moved to its interaction thrust collar 14 with the upper end of the cup 4 through the bearing 15 (by the amount of (S ₁ <S ₀ ). Moving down, the compression sleeve 9 forces the ball 18 from the orientation groove of the cup 4 in the direction of the upper end of the nipple 3 (by the amount of S ₁ ). this is at maximum clamping sleeve 9 is moved (by an amount S ₁₎ the ball 18 is not clamped between the lower end face of the pressing sleeve 9 and the upper end of the pin 3, which is ensured by making the ratio
H ₁ > H ₂ + d, (4)
where H ₁ is the distance from the lower end of the clamping sleeve 9 to the upper end of the nipple 3, mm;
H ₂ - the distance from the lower end of the bearing 15 to the lower end of the pressure sleeve 9, mm;
d is the diameter of the ball 18, mm.

При перемещении подвижной втулки 10 на величину S₀ шарик 18 за счет взаимодействия с верхним торцем ниппеля 3 освобождается из пазов 19 для его размещения, что обеспечивается путем выполнения соотношения
H₃ < S₀, (5)
где Н₃ - расстояние от верхнего торца подвижной втулки 10 до верхнего торца ниппеля 3, мм;
S₀ - расстояние между взаимодействующими торцами подвижного вала 6 и шлицевой втулки 7, мм.When moving the movable sleeve 10 by a value of S _{0, the} ball 18 due to the interaction with the upper end of the nipple 3 is released from the grooves 19 for its placement, which is achieved by fulfilling the ratio
H ₃ <S ₀ , (5)
where H ₃ is the distance from the upper end of the movable sleeve 10 to the upper end of the nipple 3, mm;
S ₀ - the distance between the interacting ends of the movable shaft 6 and the spline sleeve 7, mm

Таким образом, шарик 18 при максимальном перемещении подвижного вала (на величину S₀) находится между верхним торцем ниппеля 3 и нижним торцем прижимной втулки 9. Имея возможность свободно устанавливаться в крайнее нижнее положение в апсидальной плоскости скважины, шарик 18 смещается относительно ориентирующего паза стакана 4 на угол, соответствующий разности проектного и фактического углов установки отклонителя. В зависимости от зенитного угла скважины шарик 18 будет опираться или на верхний торец ниппеля 3 в наклонных скважинах, или на нижний торец прижимной втулки 9 в восстающей скважине.Thus, the ball 18 with the maximum movement of the movable shaft (by the value of S ₀ ) is between the upper end of the nipple 3 and the lower end of the pressure sleeve 9. Having the ability to freely be installed in the lowest position in the apsidal plane of the well, the ball 18 is shifted relative to the orienting groove of the cup 4 at an angle corresponding to the difference between the design and the actual installation angles of the diverter. Depending on the zenith angle of the well, the ball 18 will rest either on the upper end of the nipple 3 in deviated wells, or on the lower end of the pressure sleeve 9 in the rising well.

Промывочная жидкость при постановке комплекса на забой через осевой канал 21, радиальные отверстия 23, расточку 24 и вновь осевой канал 21 постоянно свободно поступает на забой скважины. Flushing fluid when setting the complex to the bottom through the axial channel 21, radial holes 23, the bore 24 and again the axial channel 21 constantly freely enters the bottom of the well.

После этого производится отрыв комплекса от забоя, во время которого не допускается угловой поворот колонны бурильных труб. Подвижный вал 6 перемещается вверх до взаимодействия его бурта 8 с верхним торцем корпуса. Одновременно под действием деформированной пружины 12 происходит перемещение вверх подвижной втулки 10. Перемещаясь вверх, подвижная втулка 10 захватывает шарик 18, установившийся в крайнем нижнем положении в апсидальной плоскости скважины, и, упираясь упорным выступом 20 в прижимную втулку 9, фиксирует шарик 18 в одном из своих пазов. After this, the complex is detached from the bottom, during which angular rotation of the drill pipe string is not allowed. The movable shaft 6 moves up to the interaction of its shoulder 8 with the upper end of the housing. At the same time, under the action of the deformed spring 12, the movable sleeve 10 moves upward. Moving upward, the movable sleeve 10 captures the ball 18, which is installed in the lowest position in the apsidal plane of the well, and abuts the thrust protrusion 20 into the pressure sleeve 9, fixes the ball 18 in one of their grooves.

Выполнение соотношения (2) гарантирует, что (фиг.4) шарик 18 не будет в процессе ориентирования зажат между торцами прижимной 9 и подвижной 10 втулок и обеспечивает необходимую подвижность шарика 18 в пазах 19, что снижает сопротивление перемещению шарика 18 по винтовым поверхностям 5 стакана 4. При меньшей высоте упорного выступа 20 шарик 18 будет зажат между подвижной 10 и прижимной 9 втулками, что приведет к возрастанию сопротивления перемещению шарика 18 по винтовым поверхностям 5 и соответственно уменьшению надежности ориентирования отклонителя. The fulfillment of relation (2) ensures that (Fig. 4) the ball 18 will not be sandwiched between the ends of the pressure 9 and the movable 10 bushings during orientation and provides the necessary mobility of the ball 18 in the grooves 19, which reduces the resistance to movement of the ball 18 along the screw surfaces 5 of the glass 4. At a lower height of the thrust protrusion 20, the ball 18 will be sandwiched between the movable 10 and the clamp 9 bushings, which will lead to an increase in resistance to the movement of the ball 18 on the screw surfaces 5 and, accordingly, to a decrease in the orientation reliability of the deflector.

Выполнение соотношения (3) гарантирует, что (фиг.5) шарик 18 не будет перекатываться из одного паза 19 для его размещения в другой в процессе ориентирования отклонителя и обеспечивает работоспособность устройства независимо от зенитного угла скважины при любых соотношениях глубины пазов 19 и шага винтовых поверхностей 5. При большей высоте упорного выступа 20 шарик 18 может перекатываться из одного паза 19 в другой в процессе ориентирования, особенно при малых значениях глубины пазов (менее половины диаметра шарика 18) и большом шаге винтовых поверхностей. Это вызовет необходимость соблюдения определенных соотношений между глубиной пазов, диаметром шарика и шагом винтовых поверхностей и приведет к ограничению числа пазов 19 и уменьшению шага винтовых поверхностей 5. А при ориентировании отклонителей в горизонтальных скважинах устройство будет неработоспособным, так как шарик 18 будет опираться на торец прижимной втулки 9, не фиксируясь в пазах 19. The fulfillment of relation (3) ensures that (Fig. 5) the ball 18 will not roll from one groove 19 to be placed in another during the orientation of the diverter and ensures the operability of the device regardless of the zenith angle of the borehole at any ratio of the depth of the grooves 19 and the pitch of the helical surfaces 5. With a greater height of the persistent protrusion 20, the ball 18 can roll from one groove 19 to another in the process of orientation, especially for small values of the depth of the grooves (less than half the diameter of the ball 18) and a large pitch screw rhnostey. This will necessitate the observance of certain relations between the depth of the grooves, the diameter of the ball and the pitch of the screw surfaces and will lead to a limitation in the number of grooves 19 and a decrease in the pitch of the screw surfaces 5. And when orienting the deflectors in horizontal wells, the device will be inoperative, since the ball 18 will rest on the end face of the clamp bushings 9, not fixed in the grooves 19.

Дальнейшее перемещение подвижной втулки 10 под действием пружины 12 происходит совместно с шариком 18, постоянно находящимся в одном и том же пазу 19, и прижимной втулкой 9. После набегания шарика 18 на винтовую поверхность 5 стакана 4 возможно возникновение двух ситуаций. Further movement of the movable sleeve 10 under the action of the spring 12 occurs together with the ball 18, which is constantly located in the same groove 19, and the pressure sleeve 9. After the ball 18 runs onto the screw surface 5 of the glass 4, two situations can occur.

Первая - усилия пружины 13 недостаточны, например, из-за прихвата отклонителя на забое, для возврата отклонителя в транспортное положение (фиг.3). Дальнейшее перемещение шарика 19 вверх возможно только по винтовым поверхностям 5 при одновременном угловом повороте отклонителя, что в данном случае невозможно. Поэтому шарик 18 и упирающаяся через него в винтовую поверхность 5 подвижная втулка 10 перестают перемещаться вверх. В то же время подвижный вал 6, будучи связанным с колонной бурильных труб, продолжает перемещаться вверх. При этом прижимная втулка 9, упираясь своим нижним торцем в упорный выступ 20, также остается неподвижной. Вследствие относительного перемещения подвижного вала 6 и подвижной втулки 10 радиальные отверстия 23 перекрываются последней и на поверхности отмечается повышение давления и уменьшение расхода промывочной жидкости. После того как бурт 8 упрется в верхний торец корпуса, отклонитель принудительно, через его корпус, связанный с корпусом ориентатора-сигнализатора, отрывается от забоя и переводится в транспортное положение. Как только отклонитель переводится в транспортное положение, под действием пружины 12 подвижная 10 и прижимная 9 втулки с шариком 18 перемещаются в верхнее положение. При этом за счет взаимодействия шарика 18 и винтовых поверхностей 5 связанного с корпусом стакана 4 происходит поворот корпуса ориентатора-сигнализатора и соединенного с ним отклонителя на угол, равный углу между ориентирующим пазом стакана 4 и зафиксированным в крайнем нижнем положении в апсидальной плоскости шариком 18, что соответствует разности проектного и фактического углов установки отклонителя и, таким образом, производится ориентирование отклонителя. Благодаря разъемному соединению подвижного вала 6 и шлицевой втулки 7 облегчается данный поворот корпуса ориентатора-сигнализатора, так как вал отклонителя может свободно поворачиваться одновременно с корпусом отклонителя, что исключает необходимость проворота корпуса отклонителя относительно его вала. После перемещения подвижной втулки 10 в верхнее положение радиальные отверстия 23 вновь гидравлически сообщаются между собой через расточку 24, и промывочная жидкость свободно поступает на забой скважины (фиг.1). Получение сигнала о восстановлении нормальных рабочих величин давления и расхода промывочной жидкости свидетельствует об окончании процесса ориентирования отклонителя. The first - the efforts of the spring 13 are insufficient, for example, due to the capture of the diverter at the bottom, to return the diverter to the transport position (figure 3). Further movement of the ball 19 up is possible only on the helical surfaces 5 with simultaneous angular rotation of the deflector, which is impossible in this case. Therefore, the ball 18 and the movable sleeve 10 resting on it against the screw surface 5 stop moving upward. At the same time, the movable shaft 6, being connected to the drill pipe string, continues to move up. In this case, the pressure sleeve 9, abutting its lower end against the thrust protrusion 20, also remains stationary. Due to the relative movement of the movable shaft 6 and the movable sleeve 10, the radial holes 23 overlap last and an increase in pressure and a decrease in the flow rate of the flushing fluid are noted on the surface. After the shoulder 8 rests against the upper end of the body, the deflector is forced, through its body, connected with the body of the orientator-signaling device, detached from the bottom and transferred to the transport position. As soon as the deflector is transferred to the transport position, under the action of the spring 12, the movable 10 and the clamping 9 of the sleeve with the ball 18 are moved to the upper position. In this case, due to the interaction of the ball 18 and the screw surfaces 5 of the cup 4 connected with the body, the orientator-signaling device body and the deflector connected to it rotate by an angle equal to the angle between the orienting groove of the cup 4 and the ball 18 fixed in the lowest position in the apsidal plane, which corresponds to the difference between the design and the actual installation angles of the diverter and, thus, the orientation of the diverter is performed. Thanks to the detachable connection of the movable shaft 6 and the splined sleeve 7, this rotation of the orientator-signaling device case is facilitated, since the deflector shaft can freely rotate simultaneously with the deflector case, which eliminates the need to rotate the deflector case relative to its shaft. After moving the movable sleeve 10 to the upper position, the radial holes 23 are again hydraulically connected to each other through the bore 24, and the flushing fluid flows freely to the bottom of the well (Fig. 1). The receipt of a signal on the restoration of normal operating values of pressure and flow rate of flushing fluid indicates the end of the process of orienting the diverter.

Вторая ситуация - отклонитель возвращается в транспортное положение под действием усилия пружины 12. В этом случае, так как возможно свободное вращение отклонителя, при набегании шарика 18 на винтовую поверхность 5 стакана 4 под действием усилия пружины 12 сначала отклонитель возвращается в транспортное положение, а затем происходит поворот корпуса ориентатора-сигнализатора и связанного с ним отклонителя на угол, равный углу между ориентирующим пазом стакана 4 и шариком 18, зафиксированном в одном из пазов для его размещения 19 в крайнем нижнем положении апсидальной плоскости скважины, и производится ориентирование отклонителя. При этом перемещение подвижной втулки 10 и подвижного вала 6 происходит синхронно. Поэтому промывочная жидкость постоянно свободно через осевой канал 21, радиальные отверстия 23 и расточку 24 поступает на забой. На поверхности не отмечается, как в первом случае, сигнала о повышении давления и уменьшении расхода промывочной жидкости. The second situation - the deflector returns to the transport position under the action of the force of the spring 12. In this case, since the deflector can freely rotate, when the ball 18 runs on the screw surface 5 of the cup 4 under the action of the spring force 12, the deflector first returns to the transport position, and then rotation of the orientator-signaling device body and the associated deflector by an angle equal to the angle between the orienting groove of the cup 4 and the ball 18, fixed in one of the grooves for its placement 19 in the lowermost m position of the apsidal well plane, and the diverter is oriented. In this case, the movement of the movable sleeve 10 and the movable shaft 6 occurs synchronously. Therefore, the flushing fluid is constantly freely through the axial channel 21, the radial holes 23 and the bore 24 enters the face. On the surface, there is no signal, as in the first case, of a signal of an increase in pressure and a decrease in the flow rate of flushing fluid.

Таким образом, получение сигнала о нормальных величинах давления и расхода промывочной жидкости после отрыва комплекса от забоя свидетельствует об окончании процесса ориентирования отклонителя. Причем получение при отрыве комплекса от забоя скважины сигнала в виде кратковременного повышения давления и уменьшения расхода промывочной жидкости указывает, что ориентирование отклонителя сопровождается его прихватом на забое скважины и, следовательно, значительным моментом на проворот отклонителя. В этом случае, для повышения точности ориентирования путем уменьшения влияния скручивания колонны бурильных труб под действием момента, необходимого для проворота отклонителя, необходимо повторить процесс ориентирования в описанной выше последовательности. Thus, the receipt of a signal about normal values of pressure and flow rate of the flushing liquid after the complex is separated from the bottom indicates the end of the orientation process of the diverter. Moreover, the receipt of a signal when the complex is detached from the bottom of the well in the form of a short-term increase in pressure and a decrease in the flow rate of the flushing fluid indicates that the orientation of the diverter is accompanied by its grip on the bottom of the well and, therefore, a significant moment in the rotation of the diverter. In this case, to increase the accuracy of orientation by reducing the influence of twisting of the drill pipe string under the action of the moment necessary to rotate the diverter, it is necessary to repeat the orientation process in the above sequence.

После проведения операции ориентирования отклонителя комплекс без проворота колонны бурильных труб устанавливается на забой скважины (фиг.2) и производится ее искривление. After the orientation operation of the diverter, the complex without turning the drill pipe string is installed on the bottom of the well (figure 2) and its curvature is performed.

Применение предлагаемого устройства для ориентирования отклонителей за счет исключения воздействия усилия, необходимого для отрыва отклонителя от забоя скважины, на контакт "шарик - винтовая поверхность", гарантированности нахождения шарика в пазу для его размещения, причем не зажатого между прижимной и подвижной втулками, и контроля за процессом ориентирования позволяет повысить надежность работы устройства в различных горно-геологических условиях. The use of the proposed device for orienting the deflectors by eliminating the influence of the force necessary to separate the deflector from the bottom of the well on the ball-helical surface contact, ensuring that the ball is in the groove for its placement, and not clamped between the clamping and movable bushings, and monitoring the orientation process allows to increase the reliability of the device in various mining and geological conditions.

Условный экономический эффект может быть подсчитан следующим образом. При среднем количестве отрицательных и безрезультатных циклов искривления при использовании устройства-аналога, равном 20% от их общего количества, вместо проведения 10 циклов искривления для выполнения геологического задания по искривлению скважины требуется произвести 14 циклов искривления. При сокращении количества отрицательных и безрезультатных циклов при использовании заявляемого устройства до 10% за счет устранения отказов, вызванных поломками деталей из-за значительных нагрузок на контакт "шарик - винтовая поверхность" и перекатывания шарика в процессе ориентирования отклонителя из одного паза в другой, потребуется 11 циклов искривления. Таким образом, затраты на проведение работ по искусственному искривлению при применении предлагаемого устройства сократятся в 1,3 раза. The conditional economic effect can be calculated as follows. With an average number of negative and inconsequential curvature cycles when using an analog device equal to 20% of their total number, instead of carrying out 10 curvature cycles, it is required to produce 14 curvature cycles to perform a geological task for well curvature. When reducing the number of negative and inconclusive cycles when using the inventive device to 10% due to eliminating failures caused by breakdowns of parts due to significant loads on the ball-screw surface contact and rolling the ball during orientation of the deflector from one groove to another, it will take 11 bending cycles. Thus, the cost of carrying out work on artificial curvature when using the proposed device will be reduced by 1.3 times.

Claims

An orientation indicator comprising a housing having two oppositely directed helical surfaces and a support collar, a movable shaft with an axial channel, radial holes and a jumper, a movable pressure sleeve, grooves to accommodate the ball and a ball located between the housing and the shaft to interact with screw surfaces characterized in that it is provided with a movable sleeve mounted on the shaft at the location of the jumper and radial holes and spring-loaded relative to the shaft in the direction of the pressure sleeve ki, a bore is made in the movable sleeve for hydraulic connection of the cavities above and below the jumper, grooves for placing the ball are made on the upper end of the movable sleeve, the latter is equipped with a persistent protrusion, while the height of the persistent protrusion corresponds to the relation dh <1 <d, where d is the diameter of the ball mm; h is the depth of the grooves to accommodate the ball, mm; 1 - the height of the thrust protrusion, mm