RU2236539C2 - Отклонитель для наклонно-направленного бурения скважин роторным способом - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области бурения наклонных и горизонтальных скважин, а именно к техническим средствам для направленного искривления ствола скважины при роторном способе бурения. Отклонитель для наклонно-направленного бурения скважин роторным способом включает изогнутый в средней части корпус с опорными элементами по концам, полый вал, состоящий из верхней и нижней секций, долото, узел блокировки полого вала, выполненный в виде установленной в корпусе с возможностью перемещения в осевом направлении подпружиненной муфты с продольным пазом, прорезанным под ориентирующий штифт, и наружными шлицами. Он снабжен запрессованной в корпусе втулкой, выполненной со шлицами для взаимодействия с наружными шлицами подпружиненной муфты. Подпружиненная муфта выполнена с внутренними шлицами для обеспечения зацепления со шлицами полого вала, а верхний торец ее имеет профиль в виде витка левой винтовой поверхности, соединенной с продольным пазом, над которым размещен защитный козырек, предохраняющий ориентирующий штифт от случайного попадания в продольный паз. Длина продольного паза больше длины хода шлицевого соединения подпружиненной муфты с полым валом. Повышается надежность работы устройства. 7 ил.

Description

Изобретение относится к области бурения наклонных и горизонтальных скважин, а именно к техническим средствам для направленного искривления ствола скважины при роторном способе бурения.

Известен отклонитель для наклонно-направленного бурения, включающий забойный двигатель, отклоняющий узел и прерыватель связи, предназначенный для исключения влияния реактивного момента забойного двигателя на отклоняющий узел [1]. Прерыватель связи подпружинен относительно забойного двигателя и выполнен с кулачками на торцовой поверхности, а корпус забойного двигателя имеет ответные кулачки, причем боковая поверхность прерывателя связи выполнена профильной (в виде многозаходной спирали или шлицов) и отклоняющий узел имеет ответную ей поверхность.

Недостатком данного устройства является совмещение забойного двигателя и отклонителя, что приводит к усложнению конструкции; не обеспечивает возможность бурения прямолинейных интервалов скважины и не позволяет уменьшить интенсивность искривления скважин в процессе бурения.

Возможен поворот отклоняющего узла в момент запуска забойного двигателя, что может привести к нарушению траектории бурения.

Наиболее близким по технической сущности решением к предлагаемому устройству является отклонитель для наклонно-направленного бурения скважин роторным способом, включающий изогнутый в средней части корпус с опорньми элементами по концам, полый вал, состоящий из верхней и нижней секций, долото, узел блокировки полого вала, выполненный в виде установленной в корпусе с возможностью перемещения в осевом направлении подпружиненной муфты с продольным пазом, прорезанным под ориентирующий штифт, и наружными шлицами [2].

Известное устройство не позволяет осуществлять проводку прямолинейного ствола скважины потому, что когда подпружиненная муфта под действием пружины вернется в исходное положение и войдет в зацепление со стопорным пальцем, то последний будет срезан, т.к. конструктивно не предназначен выдерживать такие усилия. Конструкция не надежна в работе, т.к. при уменьшении давления промывочной жидкости на стояке подпружиненная муфта вернется в исходное положение, корпус полого вала провернется и нарушится ориентация отклонителя на забое.

Задача изобретения заключается в расширении технологических возможностей и повышении надежности работы.

Поставленная задача решается за счет того, что отклонитель для наклонно-направленного бурения скважин роторным способом, включающий изогнутый в средней части корпус с опорными элементами по концам, полый вал, состоящий из верхней и нижней секций, долото, узел блокировки полого вала, выполненный в виде установленной в корпусе с возможностью перемещения в осевом направлении подпружиненной муфты с продольным пазом, прорезанным под ориентирующий штифт, и наружными шлицами, снабжен запрессованной в корпусе втулкой, выполненной со шлицами для взаимодействия с наружными шлицами подпружиненной муфты, при этом подпружиненная муфта выполнена с внутренними шлицами для обеспечения зацепления со шлицами полого вала, а верхний торец ее имеет профиль в виде витка левой винтовой поверхности, соединенной с продольным пазом, над которым размещен защитный козырек, предохраняющий ориентирующий штифт от случайного попадания в продольный паз, причем длина продольного паза больше длины хода шлицевого соединения подпружиненной муфты с полым валом.

На фиг.1 показан общий вид отклонителя для наклонно-направленного бурения роторным способом, на фиг.2 - поперечный разрез по А-А, на фиг.3 - поперечный разрез по Б-Б, на фиг.4 - поперечный разрез В-В, на фиг.5 изображен узел блокировки полого вала, на фиг.6 - подпружиненная муфта с продольным пазом под ориентирующий штифт, на фиг.7 - вид сверху подпружиненной муфты.

Отклонитель включает изогнутый в средней части корпус 1, расположенный в корпусе на осевых 2 и радиальных 3 опорах полый вал 4. Изгиб корпуса 1 обеспечивается за счет искривленного переводника 5. В искривленном переводнике 5 расположен шаровой шарнир 6 полого вала 4. Узел блокировки полого вала 4 состоит из подпружиненной муфты 7, взаимодействующей с пружиной 8, упирающейся в диск 9; подпружиненная муфта 7 имеет прорезанный продольный паз 10 (фиг.5, 6). Поверхность торца подпружиненной муфты 7 выполнена в виде одного витка левой винтовой поверхности (фиг.6), а паз 10, прорезанный под ориентирующий штифт 11, более чем наполовину защищен козырьком 12. Подпружиненная муфта 7 выполнена с внутренними 13 и наружными 14 шлицами. Внутренние шлицы 13 находятся в зацеплении со шлицами 15 полого вала 4 (фиг.5), а наружные шлицы 14 находятся в зацеплении со шлицами втулки 16, запрессованной в корпусе 1 и закрепленной штифтом 17.

Корпус 1 отклонителя (фиг.1) выполнен с опорными элементами 18, 19, 20, армированными твердосплавными зубками 21, 23, 22 (фиг.2, 3, 4).

Полый вал 4 выполнен с верхними 24 и нижними 25 отверстиями для циркуляции промывочной жидкости.

Отклонитель работает следующим образом. К полому валу 4 присоединяют долото 23. На поверхности отклонитель собирают с искривленным переводником 5, обеспечивающим необходимый радиус искривления. Выполнение корпуса в виде двух связанных искривленным переводником секций позволяет решить одновременно две задачи:

- осуществлять искривление ствола скважины при использовании принципа асимметричного разрушения;

- фиксировать отклонитель в прямолинейном стволе за счет упругого изгиба корпуса, а в искривленном стволе скважины за счет совпадения плоскостей изгиба корпуса и скважины.

Перед спуском отклонитель ориентируют в азимутальном направлении или ориентируют его на забое по показаниям телеметрической системы.

В прямолинейном стволе скважины корпус отклонителя сохраняет заданное положение за счет сил трения со стенкой ствола скважины, которые превышают момент сил трения в осевых 2 и радиальных 3 опорах полого вала 4, а также за счет опорных элементов 18, 19, 20, армированных твердосплавными зубками 21, 23, 22, внедряющимися в поверхностный слой стенки скважины. В процессе бурения зависание корпуса отклонителя в скважине исключается, так как отклонитель не содержит выдвижных отклоняющих элементов, которые внедряются в стенку ствола скважины.

После спуска отклонителя на забой, с началом циркуляции промывочной жидкости перед подпружиненной муфтой 7 (фиг.1) создается избыточное давление. Подпружиненная муфта 7, не выходя из зацепления с направляющими шлицами втулки шлицевой 16, запрессованной в корпус 1 и зафиксированной штифтом 17, начинает смещаться вниз по полому валу 4 на расстояние, позволяющее наружным шлицам 14 (фиг.6) подпружиненной муфты 7 выйти из зацепления со шлицами 15 полого вала 4. Ориентирующий штифт 11 выходит из паза 10, в этот момент открываются верхние отверстия 24 полого вала 4 для циркуляции промывочной жидкости, давление падает, что является сигналом для начала бурения. При бурении ориентирующий штифт 11 скользит по торцевой поверхности подпружиненной муфты 7. Для надежной работы кинематической пары подпружиненная муфта 7 - ориентирующий штифт 11 профиль торцевой поверхности выполнен в виде витка левой винтовой поверхности, а паз 10 более чем на половину защищен козырьком 12. Козырек 12, расположенный над пазом 10, предохраняет ориентирующий штифт 11 от случайного попадания в паз 10. Крутящий момент передается через полый вал 4 и шаровой шарнир 6, нагрузка на долото передается через полый вал 4, осевые подшипники 2, корпус отклонителя 1. В искривленном стволе скважины силы трения корпуса со стенкой ствола скважины снижаются из-за уменьшения величины опорных реакций. Одновременно по этой же причине будет уменьшаться момент сил трения в опорах 2, 3 полого вала 4. Фиксирующий момент будет положительным, и корпус будет сохранять свое положение. Наличие опорных элементов, расположенных по концам корпуса 1 отклонителя, и введение третьей точки опоры в средней части корпуса, точке изгиба, увеличивает силы сопротивления проворачиванию отклонителя при бурении. Отклонитель с тремя точками опоры позволяет точнее набирать заданный угол кривизны, так как три жестко связанные опоры определяют радиус искривления окружности. Кроме того, в искривленном стволе корпус отклонителя дополнительно тормозится за счет нормальных сил в направлении искривления. Указанное приведет к повышению устойчивости отклонителя на проектной траектории. Благодаря тому, что длина корпуса отклонителя около 3 метров, на его положение при бурении не оказывают влияние пласты рыхлой породы небольшой мощности.

После окончания бурения искривленного интервала для возвращения подпружиненной муфты 7 в исходное положение выключают циркуляцию промывочной жидкости инструмент начинают проворачивать в обратном направлении, ориентирующий штифт 11 по профилю поверхности торца подпружиненной муфты 7 заходит под козырек 12 напротив паза 10 (фиг.6). Подпружиненная муфта 7 под действием пружины 8 заходит в зацепление со штифтом 11 и далее со шлицами 15 полого вала 4 (фиг.5). Подпружиненная муфта 7 перекрывает верхние отверстия 24 полого вала 4 и открывает нижние отверстия 25 полого вала 4 для циркуляции промывочной жидкости. Подпружиненная муфта 7, находясь в постоянном зацеплении со втулкой 16, теперь вошла и в зацепление с полым валом 4. Благодаря наличию жесткой связи полого вала 4 и корпуса 1 отклонителя можно производить его ориентирование, а также осуществлять шаблонирование и проработку пробуренного интервала. Также можно производить бурение прямолинейного ствола. При этом корпус будет вращаться и скважина сохранит свое направление. Для этого надо подать уменьшенный расход промывочной жидкости, чтобы подпружиненная муфта 7 не смещалась.

Отклонитель для роторного бурения может быть использован для проводки криволинейных интервалов скважины, а также участков стабилизации зенитного угла небольшой протяженности в условиях, где применение двигателя-отклонителя неэффективно или невозможно вообще:

на больших глубинах искривленных скважин;

в пластах с температурой 120 градусов и выше;

при использовании промывочной жидкости с высокой плотностью или аэрированных жидкостей или газа;

в условиях, когда в процессе бурения требуется применение тампонирующих добавок в буровой раствор.

Источники информации

1. SU Авторское свидетельство №1048100, кл. Е 21 В 7/08, 14.02.79 “Отклонитель для наклонно-направленного бурения”.

2. RU Патент №2112128, кл. Е 21 В 7/08, 27.05.98 “Устройство для направленного бурения”.

Claims (1)

1. Отклонитель для наклонно-направленного бурения скважин роторным способом, включающий изогнутый в средней части корпус с опорными элементами по концам, полый вал, состоящий из верхней и нижней секций, долото, узел блокировки полого вала, выполненный в виде установленной в корпусе с возможностью перемещения в осевом направлении подпружиненной муфты с продольным пазом, прорезанным под ориентирующий штифт, и наружными шлицами, отличающийся тем, что он снабжен запрессованной в корпусе втулкой, выполненной со шлицами для взаимодействия с наружными шлицами подпружиненной муфты, при этом подпружиненная муфта выполнена с внутренними шлицами для обеспечения зацепления со шлицами полого вала, а верхний торец ее имеет профиль в виде витка левой винтовой поверхности, соединенной с продольным пазом, над которым размещен защитный козырек, предохраняющий ориентирующий штифт от случайного попадания в продольный паз, причем длина продольного паза больше длины хода шлицевого соединения подпружиненной муфты с полым валом.

Images