RU2586353C2 - Скважинный отклоняющий инструмент, использующий синхронизированное соединение (варианты) - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к области направленного бурения. Скважинный отклоняющий инструмент выполнен с возможностью работы в стволе скважины и содержит вал, блок электроники, физически и электрически связанный с блоком гидравлики. Блок электроники и блок гидравлики расположены вокруг вала и способны вращаться относительно вала. Блок гидравлики содержит множество лопастей, расположенных в корпусе лопастей и способных выдвигаться и втягиваться в радиальном направлении наружу от корпуса и внутрь него. Блок гидравлики дополнительно содержит первый резьбовой конец, имеющий множество образованных в нем канавок. Блок электроники содержит блок управления для управления выдвиганием и втягиванием лопастей, второй резьбовой конец, выполненный с возможностью резьбового соединения с первым резьбовым концом, который содержит множество пазов, образованных в нем. Соответствующие канавки и пазы совмещены по окружности друг с другом при соединении первого и второго резьбовых концов резьбовым соединением. Совмещенные друг с другом по окружности канавки и пазы образуют соответствующие карманы, в которых выполнены электрические соединения между блоками электроники и гидравлики. Обеспечивается упрощение процедуры сборки и тестирования блока гидравлики и блока электроники, повышение надежности инструмента, удобство обслуживания и ремонтопригодности. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

[0001] Настоящее изобретение в целом касается скважинного отклоняющего инструмента, в частности инструмента, содержащего корпус и блок электроники, физически и электрически связанный с корпусом лопастей посредством синхронизированного соединения.

[0002] Управление азимутом искривления ствола скважины при бурении подземных нефтяных и газовых скважин приобретает все большее значение в связи с ростом пропорции современных буровых операций, выполняемых при бурении наклонных стволов скважин. Такие наклонные стволы скважин часто имеют сложные профили, включающие в себя множество резких изгибов и горизонтальный участок, которые могут проходить через тонкие слои с разломами, и в типичном случае используются для более полной эксплуатации резервуаров углеводородов.

[0003] В процессе бурения наклонных стволов скважин часто применяют вращательные отклоняющие инструменты, например двумерные и трехмерные инструменты. В некоторых инструментах применяется множество лопастей, управляемых независимо друг от друга и способных выдвигаться в радиальном направлении из корпуса лопастей наружу для контакта со стенкой ствола скважины. Направлением бурения можно управлять, например, путем управления величиной и направлением усилия, прикладываемого к лопастям, или величиной и направлением смещения, прикладываемого к стенке ствола скважины. В таких инструментах корпус лопастей в типичном случае располагается вокруг вращающегося вала, связанного с колонной бурильных труб и установленного таким образом, чтобы передавать нагрузку и крутящий момент с поверхности (или от забойного турбинного двигателя) через отклоняющий инструмент к буровой головке. Известны другие отклоняющие инструменты, в которых применяется внутренний отклоняющий механизм и которым, следовательно, не требуются лопасти (например, отклоняющие приводные инструменты, поставляемые компанией Schlumberger).

[0004] Роторные направляющие лопасти обычно приводятся в действие гидравлическими механизмами с электронным управлением. Например, в патентах США 5168941 и 6609579, принадлежащих Крюгеру и др., описано применение отклоняющего инструмента, в котором направлением бурения управляют посредством управления величиной и направлением бокового (поперечного) усилия, прикладываемого к буровой головке. Значением усилия, прикладываемого к каждой лопасти, управляют путем управления гидравлическим давлением на эту лопасть, которое в свою очередь управляется посредством пропорциональной гидравлики или путем управляемого циклического подключения к максимальному давлению. Ниже описан альтернативный механизм гидравлического привода, в котором каждая отклоняющая лопасть независимо управляется соответствующим гидропоршневым насосом. В процессе бурения каждый из поршневых насосов непрерывно работает, используя вращение приводного вала. Между каждой парой поршневых насосов располагается регулирующий клапан, и его соответствующий регулирующий элемент управляет потоком гидравлической текучей среды от насоса к лопасти.

[0005] Патент США 5603386, принадлежащий Вебстеру, раскрывает другой пример отклоняющего инструмента, в котором применяется электронное управление гидравлическим приводом лопасти. Данный патент раскрывает механизм, в котором направлением бурения управляют посредством управления радиальным положением лопастей. Описан гидравлический механизм, в котором все три лопасти управляются с помощью одного насоса, источника давления и множества клапанов. В частности, каждой лопастью управляют три обратных клапана. В свою очередь, всеми девятью обратными клапанами управляют восемь управляющих клапанов с электромагнитным приводом. В патенте США на имя Сонга и др. применяется гидравлический привод для выдвигания лопастей и пружинный механизм для втягивания лопастей в исходное положение. Преимуществом применения пружинного механизма втягивания лопастей является уменьшение числа клапанов, требуемых для управления лопастями, однако для управления все же требуется значительное число регулируемых компонентов.

[0006] В описанных выше вариантах существующих отклоняющих инструментов применяются сложные электронные схемы, предназначенные для управления гидравлическими приводами лопастей. Эти электронные схемы размещаются в общем корпусе с механизмом управления гидравликой и с лопастями. Такое выполнение инструмента является приемлемым с коммерческой точки зрения, однако требуется его дальнейшее усовершенствование. Например, размещение электронных схем и гидравлических компонентов в общем корпусе усложняет процедуры сборки инструмента (особенно это касается «тонких» инструментов малого диаметра). Более того, если в процессе сборки или тестирования инструмента обнаруживаются проблемы, то обычно требуется полностью разобрать инструмент. Такая разборка и последующая повторная сборка требуют значительных затрат времени и средств. Потребность в более дешевых отклоняющих инструментах и в инструментах меньшего диаметра вызывает необходимость дальнейшего усовершенствования.

[0007] Поэтому желательно разработать улучшенный вариант инструмента, направленный на решение описанных выше проблем и/или в целом являющийся улучшенным или альтернативным по сравнению с существующими вариантами инструментов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] Настоящее изобретение направлено на удовлетворение потребности в усовершенствованных отклоняющих инструментах.

Аспекты настоящего изобретения включают в себя отклоняющий инструмент, содержащий первый и второй блоки гидравлики и электроники, расположенные на валу. Блок гидравлики содержит множество лопастей, приводимых в действие гидравликой. Блок электроники содержит электронные схемы для управления приводами лопастей. Блоки гидравлики и электроники физически и электрически соединены друг с другом посредством синхронизированного соединения.

[0009] Представленные варианты воплощения настоящего изобретения могут обеспечить ряд технических преимуществ. Например, в настоящем изобретении блок гидравлики и блок электроники выполнены в виде отдельно стоящих узлов. В таком случае эти блоки можно практически полностью собирать и тестировать независимо друг от друга до выполнения окончательной сборки отклоняющего инструмента. Преимуществом настоящего изобретения с этой точки зрения является то, что оно упрощает процедуры сборки и тестирования блока гидравлики и блока электроники, а следовательно, позволяет повысить надежность инструмента и снизить затраты на изготовление. Эта особенность изобретения также способствует повышению удобства обслуживания инструмента в том отношении, что вышедший из строя блок (или просто блок, нуждающийся в обслуживании) можно легко извлечь из инструмента и заменить и/или отремонтировать.

[0010] Следующее преимущество расположения блока электроники и блока гидравлики отдельно друг от друга состоит в том, что оно позволяет физически изолировать чувствительные электронные компоненты от масла гидравлической системы и от бурового раствора, присутствующих в блоке гидравлики. Более того, настоящее изобретение позволяет использовать объем, имеющийся под кожухом блока гидравлики, в качестве резервуара для жидкости гидросистемы, тем самым устраняя необходимость наличия отдельного резервуара. Это может быть особенно полезным для инструментов малого диаметра, где пространство очень ценится.

[0011] В одном аспекте настоящее изобретение включает в себя скважинный отклоняющий инструмент. Этот отклоняющий инструмент содержит блок электроники, физически и электрически связанный с блоком гидравлики посредством синхронизированного соединения. Блок электроники и блок гидравлики расположены вокруг вала и способны вращаться по отношению к валу. Блок гидравлики включает множество лопастей, расположенных в корпусе лопастей, при этом лопасти могут выдвигаться и втягиваться в радиальном направлении наружу из корпуса и внутрь корпуса. Корпус блока электроники включает блок управления для управления указанным выдвиганием и втягиванием лопастей. Синхронизированное соединение включает в себя первый резьбовой конец, способный соединяться резьбовым соединением со вторым резьбовым концом, при этом в первом конце выполнены по меньшей мере первая и вторая асимметрично отстоящие друг от друга канавки, а во втором конце выполнены первый и второй асимметрично отстоящие друг от друга пазы. Синхронизированное соединение также включает в себя кольцо синхронизации, имеющее заданный осевой размер, обеспечивающий совмещение по окружности первой и второй канавок и соответствующих первого и второго пазов, когда крутящий момент при затягивании резьбового соединения первого и второго резьбовых концов достигает значения, находящегося в заданном диапазоне.

[0012] В другом аспекте настоящее изобретение включает в себя скважинный отклоняющий инструмент. Этот отклоняющий инструмент включает в себя блок электроники, физически и электрически связанный с блоком гидравлики, при этом блок электроники и блок гидравлики расположены вокруг вала и способны вращаться по отношению к валу. Блок гидравлики включает в себя множество лопастей, расположенных в корпусе лопастей, при этом лопасти могут выдвигаться и втягиваться в радиальном направлении наружу из корпуса и внутрь корпуса. Блок гидравлики также включает в себя первый резьбовой конец со множеством асимметрично расположенных в нем канавок. Блок электроники включает блок управления для управления указанным выдвиганием и втягиванием лопастей и второй резьбовой конец, способный соединяться с первым резьбовым концом. Во втором конце выполнено множество асимметрично отстоящих друг от друга пазов. На гидравлическом блоке или на блоке электроники расположено кольцо синхронизации. Это кольцо синхронизации имеет такой заданный осевой размер, что первая и вторая канавки и соответствующие первый и второй пазы совмещаются по окружности тогда, когда крутящий момент при затягивании резьбового соединения первого и второго резьбовых концов достигает значения, находящегося в заданном диапазоне.

[0013] Еще в одном аспекте настоящее изобретение включает в себя скважинный отклоняющий инструмент. Этот отклоняющий инструмент включает в себя блок электроники, физически и электрически связанный с блоком гидравлики. Блок электроники и блок гидравлики расположены вокруг вала и способны вращаться по отношению к валу. Блок гидравлики включает множество лопастей, расположенных в корпусе и способных выдвигаться и втягиваться в радиальном направлении наружу из корпуса и внутрь корпуса. Корпус лопастей содержит первый резьбовой конец, в котором образовано множество асимметрично отстоящих друг от друга канавок. По меньшей мере вокруг части корпуса лопастей расположен кожух блока гидравлики. Блок электроники включает в себя блок управления для управления указанным выдвиганием и втягиванием лопастей. Кроме того, блок электроники включает в себя расположенный на корпусе блока электроники второй резьбовой конец, способный соединяться с первым резьбовым концом. Во втором конце выполнено множество асимметрично отстоящих друг от друга пазов. По меньшей мере вокруг части корпуса блока электроники расположен кожух блока электроники. Кольцо синхронизации расположено вокруг корпуса лопастей и в осевом направлении между кожухом блока электроники и кожухом блока гидравлики. Это кольцо синхронизации имеет такой заданный аксиальный размер, что первая и вторая канавки совмещаются по окружности с соответствующими им первым и вторым пазами, когда крутящий момент при затягивании резьбового соединения первого и второго резьбовых концов достигает значения, находящегося в заданном диапазоне.

[0014] В предшествующих параграфах этого раздела в общих чертах описаны особенности настоящего изобретения для лучшего понимания представленного ниже подробного описания настоящего изобретения. Ниже будут описаны и дополнительные особенности и преимущества настоящего изобретения, составляющие предмет изобретения, определенный формулой изобретения. Квалифицированным специалистам в данной области понятно, что описанные здесь концепцию и конкретные варианты воплощения изобретения вполне можно использовать в качестве основания для осуществления модификаций или разработки других способов, конструкций и схем кодирования, предназначенных для выполнения тех же задач, что и настоящее изобретение. Квалифицированным специалистам в данной области также понятно, что такие эквивалентные конструкции не будут выходить за рамки объема изобретения, определенные содержащейся в приложении формулой изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0015] Для более полного понимания настоящего изобретения и его преимуществ ниже приведено подробное описание со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее:

[0016] На Фигуре 1 показана буровая установка, на которой могут быть применены представленные варианты воплощения настоящего изобретения.

[0017] На Фигуре 2 показан один вариант исполнения отклоняющего инструмента по Фигуре 1.

[0018] На Фигурах 3A и 3B показана часть отклоняющего инструмента, показанного на Фигуре 2, с установленной крышкой люка и со снятой крышкой люка.

[0019] На Фигуре 4 показан продольный разрез части варианта исполнения отклоняющего инструмента, показанного на Фигуре 2.

[0020] На Фигуре 5 показано круговое поперечное сечение варианта исполнения отклоняющего инструмента, показанного на Фигуре 4.

[0021] На Фигуре 6 показан продольный разрез кармана, показанного на Фигуре 4.

[0022] На Фигуре 7 показан частично сборочный чертеж участка варианта отклоняющего инструмента, показанного на Фигуре 2.

[0023] Рассмотрение Фигур 1-7 дает возможность понять, что особенности или аспекты вариантов воплощения изобретения могут быть показаны на различных видах. Если такие особенности или аспекты являются общими для конкретных показанных видов, то им присваиваются одни и те же числовые обозначения. Поэтому описание определенной особенности или аспекта с одним и тем же числовым обозначением на всех видах на Фигурах 1-7, приведенное по отношению к одному виду, относится ко всем другим показанным его видам.

[0024] На Фигуре 1 показана буровая вышка 10, на которой могут применяться представленные варианты настоящего изобретения. В варианте воплощения изобретения, показанном на Фигуре 1, полупогружная буровая платформа 12 расположена над газовым или нефтяным пластом (не показан), расположенным под дном 16 моря. Подводный трубопровод 18 проходит от палубы 20 платформы 12 до оборудования 22 в устье скважины. Эта платформа может включать буровую вышку и подъемный механизм для поднимания и опускания колонны 30 бурильных труб, которая, как показано, проходит в ствол 40 скважины и включает в себя буровую головку 32 и скважинный отклоняющий инструмент 100 (например, трехмерный инструмент для наклонно-направленного бурения). В представленном варианте отклоняющий инструмент 100 включает в себя первый и второй блоки 110 гидравлики и блок 160 электроники (Фигура 2). На блоке 110 гидравлики размещено множество лопастей 150 (например, три), способных выдвигаться наружу в радиальном направлении от инструмента 100, упираясь в стенку ствола скважины. В представленном варианте выдвижение лопастей 150 до контакта со стенкой ствола скважины предназначено для того, чтобы сместить центр тяжести инструмента в стволе скважины, тем самым изменяя угол подхода буровой головки 32 (что в свою очередь изменяет направление бурения). Конфигурация блока 160 электроники позволяет управлять работой гидравлического привода (выдвижением и втягиванием) лопастей 150 в процессе бурения. Как будет описано подробнее ниже, блок 110 гидравлики и блок 160 электроники физически и электрически связаны друг с другом посредством синхронизированного соединения. Колонна 30 бурильных труб также может содержать различные электронные приборы, например телеметрическую систему, дополнительные датчики для определения глубинных характеристик скважины и окружающего пласта, а также микроконтроллеры, находящиеся в электронной связи с блоком 160 электроники. Настоящее изобретение не ограничивается конкретными типами или формами электрических и/или электронных устройств.

[0025] Специалистам общего уровня квалификации в данной области будет понятно, что способы и устройства по настоящему изобретению могут применяться не только для полупогружной платформы 12, как показано на Фигуре 1. Настоящее изобретение равным образом подходит для применения в операции подземного бурения любого вида, как на море, так и на суше.

[0026] На Фигуре 2 представлен вид в перспективе одного из вариантов исполнения отклоняющего инструмента 100. В представленном варианте отклоняющий инструмент 100 имеет практически цилиндрическую форму и включает в себя резьбовые концы 102 и 104 с имеющейся на них резьбой (резьба не показана), предназначенные для соединения с другими элементами компоновки низа бурильной колонны (КНБК) (например, для подключения буровой головки к концу 104 и для подключения верхних компонентов КНБК к концу 102). Кроме того, отклоняющий инструмент 100 включает отдельно расположенные блок 110 гидравлики и блок 160 электроники, расположенные вокруг вала 105 и способные практически свободно вращаться относительно вала (Фигура 4). Эти блоки 110 и 160 физически и электрически связаны друг с другом посредством синхронизированного соединения 250. Блок гидравлики содержит по меньшей мере одну лопасть 150, расположенную, например, в углублении (не показано) корпуса. Предпочтительные варианты воплощения изобретения включают три лопасти 150, расположенные с равными угловыми интервалами по окружности корпуса 120 лопастей 110, однако настоящее изобретение не ограничивается в этом отношении указанными вариантами.

[0027] Преимуществом является то, что блок 110 гидравлики и блок 160 электроники представляют собой отдельно стоящие узлы (что будет подробнее описано ниже при рассмотрении Фигуры 7). Под термином «отдельно стоящие» подразумевается, что каждый из этих блоков 110 и 160 можно практически в полном объеме собирать и тестировать независимо один от другого до установки их в отклоняющий инструмент 100. Преимущество этой особенности настоящего изобретения состоит в том, что она упрощает процедуры сборки и тестирования блока 110 гидравлики и блока 160 электроники и, следовательно, способствует повышению надежности инструмента и снижает затраты на его изготовление. Эта особенность настоящего изобретения также способствует повышению удобства обслуживания инструмента, благодаря тому, что вышедший из строя блок (или просто блок, нуждающийся в обслуживании) можно легко вынуть из инструмента и заменить и/или отремонтировать.

[0028] Блок 110 гидравлики также включает в себя гидравлические цепи (включая, например, насосы, клапаны, поршни, датчики и тому подобное), конфигурация которых позволяет активировать выдвижение и втягивание лопастей 150. Конфигурация блока 160 электроники позволяет выполнять измерения и управлять направлением бурения, и для этой цели блок электроники включает в себя электронные схемы для управления гидравлическим приводом, осуществляющим выдвижение и втягивание лопастей 150. Эти блоки 110 и 160 могут включать в себя практически любые гидравлические и электронные устройства, известные квалифицированным специалистам в данной области, например, описанные в патенте США 5,603,386, принадлежащем Вебстеру, в патенте США 6,427,783, принадлежащем Крюгеру и др., и в патенте США 7,464,770, принадлежащем Джонсу и др.

[0029] Для того чтобы отклонить инструмент (т.е. изменить направление бурения), одну или несколько лопастей 150 можно выдвинуть так, чтобы она упиралась в стенку ствола скважины. В результате этой операции отклоняющий инструмент 100 может сместиться от центра ствола скважины, тем самым изменяя маршрут бурения. Очевидно, что инструмент 100 можно также вернуть обратно в осевое положение в стволе шахты, если он до этого был уже смещен из центрального положения. Для облегчения управляемого отклонения желательно, чтобы скорость вращения корпуса лопастей в процессе бурения не превышала приблизительно 0,1 об/мин, однако настоящее изобретение не ограничивается указанной величиной в этом отношении. Удержание лопастей 150 практически в фиксированном положении по отношению к окружности ствола скважины (т.е. путем практического предотвращения вращения корпуса лопастей) дает возможность отклонять инструмент, не прибегая к циклическому выдвиганию и втягиванию лопастей 150. Конструкция инструмента 100 такова, что блок 110 гидравлики и блок 160 электроники в процессе направленного бурения могут оставаться в стационарном режиме вращения по отношению к стволу шахты. Поэтому эти блоки 110 и 160 имеют конструкцию, позволяющую работать в не фиксированном вращательном (или плавающем) режиме по отношению к валу 105 (Фигура 4). Вал 105 физически связан с колонной бурильных труб и располагается таким образом, чтобы передавать буровой головке как крутящий момент (энергию вращения), так и вес.

[0030] Известно, что описанный выше процесс автоматического управления и манипуляций лопастями 150 требует наличия сложной системы электронных схем, в типичном случае включающей один или несколько микропроцессоров, электронную память, программно-аппаратное обеспечение для управления инструментом, а также различные электронные датчики. Типичная конфигурация электронной системы позволяет управлять работой различных контролируемых гидравлических компонентов в блоке 110 гидравлики, включая, например, электромагнитные клапаны и электрический насос. В типичном случае эта система связана электронной связью с различными датчиками, расположенными в блоке 110 гидравлики, включая, например, датчики давления и датчики линейного положения на каждой лопасти 150. Для осуществления такой электронной связи в совокупности с управлением требуется проложить большое количество электрических проводников (проводов) между блоком 110 гидравлики и блоком 160 электроники (например, от блока электроники к блоку гидравлики). Одно из преимуществ настоящего изобретения состоит в том, что оно позволяет проложить практически любое количество проводов между модулями (ограничивающееся только физическим пространством внутри инструмента). Например, в одном представленном варианте воплощения изобретения от блока 160 электроники через синхронизированное соединение 250 и к различным компонентам блока 110 гидравлики проходят более 30 электрических проводников.

[0031] На Фигурах 3Аи 3B показана часть отклоняющего инструмента 100. Как будет описано более подробно ниже, инструмент 100 включает синхронизированное соединение 250, которое физически и электрически связывает блок 110 гидравлики и блок 160 электроники. На Фигуре 3A показана крышка 195 люка для герметичного закрытия отверстия в блоке 160 электроники. В представленном варианте воплощения изобретения блок 160 электроники включает в себя наружный кожух 175, расположенный вокруг корпуса 170 блока электроники. Крышка 195 люка расположена в соответствующем отверстии кожуха 175 и, следовательно, может выполнять функцию (отчасти) устройства предотвращения вращения, которое препятствует вращению кожуха 175 по отношению к корпусу 170 блока электроники. Кольцо 260 синхронизации расположено на оси между кожухом 175 блока электроники и кожухом 125 блока гидравлики (который расположен вокруг по меньшей мере части корпуса 120 лопастей).

[0032] На Фигуре 3B показан частичный сборочный чертеж, на котором крышка 195 люка снята с корпуса 170 блока электроники. На Фигуре 3B виден паз 242, образованный в конце корпуса 170 блока электроники. Как будет подробнее описано ниже, на наружной поверхности корпуса 120 образована соответствующая канавка 244 (Фигура 4). Если соединение синхронизировано надлежащим образом, то паз 242 и соответствующая канавка 244 совмещаются друг с другом по окружности. В результате этого совмещения по окружности образуется карман 240 (Фигуры 4 и 5). Снятие крышки 195 люка (как показано на Фигуре 3B) позволяет осуществить электрическое соединение между первым жгутом проводов (Фигура 6), выходящим из блока 160 электроники, и вторым жгутом проводов, выходящим из блока 110 гидравлики. Эти соединенные между собой жгуты расположены в кармане 240. Установка крышки 195 люка обратно на корпус 170 блока электроники обеспечивает герметичность, предназначенную предотвращать проникновение бурового раствора в карман.

[0033] На Фигурах 4 и 5 показан продольный (Фигура 4) и круговой поперечный (Фигура 5) разрезы части отклоняющего инструмента 100. Как описано выше, блок 110 гидравлики и блок 160 электроники расположены вокруг вала 105. Вал 105 содержит сквозной канал 107 для подачи бурового раствора к буровой головке. Блок 110 гидравлики содержит кожух 125 блока гидравлики, расположенный вокруг по меньшей мере части корпуса 120 лопастей. Упомянутые выше гидравлические компоненты могут располагаться в одной или нескольких полостях 135, образованных в корпусе 120 и расположенных радиально между кожухом 125 и корпусом 120. Блок 160 электроники включает в себя кожух 175, расположенный вокруг по меньшей мере части корпуса 170 блока электроники. Упомянутые выше электронные схемы могут располагаться в одной или нескольких полостях 185, образованных в корпусе 170 и расположенных радиально между кожухом 175 и корпусом 170. Радиальные подшипники 190 могут быть установлены, например, между корпусом 170 блока электроники и валом 105.

[0034] В представленном варианте воплощения изобретения корпус 120 лопастей имеет трубный конец 122, связанный резьбовым соединением 280 с концом 172 корпуса 170 блока электроники. В наружной поверхности трубного конца 122 образовано множество проходящих по окружности и отделенных друг от друга канавок 244. Конец 172 содержит соответствующее множество отстоящих по окружности пазов 242, образованных в нем. Эти канавки 244 и пазы 242 расположены с асимметричными промежутками по окружности инструмента. Например, канавки 244 могут располагаться с неравными угловыми интервалами по окружности корпуса 120 лопастей. Пазы 242 могут располагаться по окружности корпуса блока электроники с теми же неравными угловыми интервалами по окружности. Эти канавки и пазы могут также располагаться с равными угловыми интервалами, но тогда они должны быть смещены в аксиальном направлении относительно друг друга (например, первая пара, состоящая из канавки и паза, располагается в первом аксиальном положении, а вторая пара из канавки и паза располагается во втором (отличным от первого) аксиальном положении). В показанном на Фигуре 5 варианте воплощения изобретения три соответствующие друг другу канавки и пазы аксиально совмещены и разделены угловыми интервалами в 115, 115 и 130 градусов (естественно, изобретение не ограничивается этим конкретным примером).

[0035] В процессе соединения блоков гидравлики и электроники поворотом этих блоков относительно друг друга совмещают соответствующие канавки 244 и пазы 242 (для осуществления необходимых электрических соединений). Асимметричное расположение канавок 244 и пазов 242 гарантирует наличие только одного достигаемого поворотом взаимного положения корпусов 120 и 170, в котором соответствующие канавки 244 и пазы 242 совмещаются друг с другом. Это в свою очередь обеспечивает соответствие каждого проводника блока 160 электроники только одному соответствующему проводнику блока 110 гидравлики. Синхронизирующее кольцо 260 расположено вокруг корпуса 120 лопастей и в аксиальном отношении между кожухом 175 блока электроники и кожухом 125 блока гидравлики. Это синхронизирующее кольцо имеет такой заданный аксиальный размер, что каждая из канавок 244 совмещается с соответствующим ей пазом из множества пазов 242, когда в процессе сборки инструмента момент кручения при затягивании резьбового соединения достигнет заданного значения. Указанный процесс сборки инструмента более подробно описан ниже при рассмотрении Фигуры 7.

[0036] Со ссылками на Фигуры 4 и 5 ниже вкратце описано размещение электрических соединений от каждого из блоков 110 и 160 к синхронизирующему соединению 250. В представленном варианте воплощения изобретения множество электрических проводников (например, проводов) выходят из схем, расположенных в блоке 160 электроники (например, в полостях 185). Некоторое количество этих проводников в типичном случае связывают пучком, образуя жгут (например, по 8 или 12 проводов в одном жгуте). В показанном варианте воплощения изобретения применяются три жгута. Каждый из этих жгутов может проходить через кольцевой зазор, образованный между кожухом 175 блока электроники и корпусом 170 блока электроники, к соответствующему продольному каналу 174 в корпусе 170. Эти жгуты проходят через соответствующие отверстия 174 к соответствующим углублениям 178, образованным между наружной поверхностью корпуса 170 блока электроники и крышкой 195 люка (эти углубления могут быть образованы либо в наружной поверхности корпуса 170, либо во внутренней поверхности крышки 195 люка, либо и там, и там). Затем эти жгуты проходят к соответствующим карманам 240 (например, к карманам 240A, 240B и 240C, показанным на Фигуре 5).

[0037] Множество электрических проводников также проходит от различных управляемых компонентов в блоке 110 гидравлики к синхронизированному соединению 250. В показанном здесь варианте воплощения изобретения эти проводники проходят (и подключаются) по меньшей мере к одной перемычке 148. Перемычка 148 предназначена для обеспечения герметичного уплотнения между маслом гидравлической системы и буровым раствором в блоке 110 гидравлики и в блоке 160 электроники. Затем эти проводники можно увязать в жгуты и провести от перемычки 148 через соответствующие каналы 146 к соответствующим карманам 240 (например, 240A, 240B и 240C). Электрическую взаимосвязь между блоком 110 гидравлики и блоком 160 электроники можно обеспечить путем соединения соответствующих жгутов в каждом кармане (например, с помощью стандартных многоконтактных разъемов). На Фигуре 6 показан жгут 292, идущий от блока электроники, соединенный с жгутом 294, идущим от блока гидравлики. Эти жгуты электрически соединены друг с другом и уложены в карман 295.

[0038] Как указывалось выше при рассмотрении Фигуры 2, блок 110 гидравлики и блок 160 электроники выполнены в виде отдельно стоящих узлов, которые можно практически полностью собирать и тестировать независимо друг от друга до установки их в отклоняющий инструмент 100. Затем эти блоки можно установить на вал 105, как показано на Фигуре 7. В показанном здесь варианте воплощения изобретения сборку отклоняющего инструмента выполняют сверху вниз. Полностью собранный блок 160 электроники одевают на вал 105. Полностью собранный блок 110 гидравлики, включая лопасти 150 и кольцо 260 синхронизации, также можно одеть на вал 105 таким образом, чтобы трубный конец 122 корпуса 120 лопастей вошел в зацепление с концом 172 корпуса 170 блока электроники. Блок 110 гидравлики и блок 160 электроники поворачивают относительно друг друга таким образом, чтобы резьба 282, имеющаяся на наружной поверхности трубного конца 122, вошла в резьбу 284, имеющуюся на внутренней поверхности конца 172.

[0039] Блок 110 гидравлики и блок 160 электроники продолжают поворачивать относительно друг друга до тех пор, пока не будет достигнуто заданное значение момента кручения (или значения момента кручения в заданном диапазоне). Специалистам обычного уровня квалификации в области бурения скважин известно, что резьбовые соединения в скважинных инструментах обычно затягивают до достижения определенного момента кручения для того, чтобы предотвратить разъединение резьбовых концов при выполнении рабочих операций в скважине. Когда резьбовое соединение будет должным образом затянуто, кольцо 260 синхронизации окажется сжатым между кожухом 125 блока гидравлики и кожухом 175 блока электроники (что в свою очередь приведет к сжатию кожухов 125 и 175). Синхронизирующее кольцо изготовляют с таким заданным аксиальным размером, чтобы канавки 244 в резьбовом конце 122 совместились по окружности с соответствующими пазами 242 в конце 172 тогда, когда будет приложен крутящий момент заданного значения (или крутящий момент заданного диапазона).

[0040] В одном представленном варианте воплощения изобретения отклоняющий инструмент 100 может включать кольцо синхронизации с подогнанным до нужного значения размером. Получить кольцо 260 синхронизации с надлежащими размерами можно, например, следующим образом. На блок 110 гидравлики можно установить кольцо синхронизации стандартного размера, а затем соединить резьбовым соединением с блоком 160 электроники, как было описано выше. После приложения крутящего момента заданного значения угловое расхождение между соответствующими канавками 244 и пазами 242 замеряется (например, с помощью меток на наружных поверхностях кожухов). Затем величину этого углового расхождения используют для определения (например, с помощью таблицы) величины, на которую требуется уменьшить аксиальный размер кольца 260 синхронизации. Затем можно отшлифовать (сточить) торец кольца синхронизации для уменьшения его аксиального размера на требуемую величину. Затем отклоняющий инструмент 100 повторно собирают, как описано выше, установив кольцо 260 синхронизации с подогнанным размером, обеспечивающее физическое соединение между блоками гидравлики и электроники. Электрическое соединение может быть выполнено посредством подключения вышеупомянутых проводниковых жгутов в карманах 240 (как описано выше при рассмотрении Фигур 4 и 5). Затем крышку 195 люка можно установить на место, как описано выше при рассмотрении Фигур 3A и 3B.

[0041] В показанных вариантах воплощения изобретения блок 110 гидравлики включает в себя резервуар гидравлического масла, давление в котором модулируется гидростатическому давлению ствола скважины посредством уравнивающего поршня (резервуар и поршень не показаны). Буровой раствор в заколонном пространстве сообщается с уравнивающим поршнем через перфорированное кольцо 260 синхронизации и через одно или несколько отверстий 133 (Фигуры 4 и 5). Квалифицированным специалистам в данной области будет очевидно, что буровой раствор в стволе скважины воздействует на уравнивающий поршень с силой, пропорциональной гидростатическому давлению в стволе скважины, которая в свою очередь устанавливает давление жидкости гидравлической системы в резервуаре. В этих конкретных вариантах воплощения изобретения кольцо 260 синхронизации также выполняет функцию сетчатого фильтра, сквозь который буровой раствор может проникать в блок 110 гидравлики. Настоящее изобретение совершенно не ограничивается в этом отношении.

[0042] Выше подробно описано настоящее изобретение и его преимущества, однако следует понимать, что предусмотрена возможность выполнения различных изменений, замен и вариаций, не выходя за рамки объема изобретения, определенные представленной в приложении формулой изобретения.

Claims (12)

1. Скважинный отклоняющий инструмент, выполненный с возможностью работы в стволе скважины и содержащий вал, блок электроники, физически и электрически связанный с блоком гидравлики, при этом блок электроники и блок гидравлики расположены вокруг вала и способны вращаться относительно вала, блок гидравлики содержит множество лопастей, расположенных в корпусе лопастей и способных выдвигаться и втягиваться в радиальном направлении наружу от корпуса и внутрь него, при этом блок гидравлики дополнительно содержит первый резьбовой конец, имеющий множество образованных в нем канавок,
блок электроники содержит блок управления для управления выдвиганием и втягиванием лопастей, причем блок электроники дополнительно содержит второй резьбовой конец, выполненный с возможностью резьбового соединения с первым резьбовым концом, причем второй резьбовой конец содержит множество пазов, образованных в нем, и причем соответствующие канавки и пазы совмещены по окружности друг с другом при соединении первого и второго резьбовых концов резьбовым соединением, причем совмещенные друг с другом по окружности канавки и пазы образуют соответствующие карманы, в которых выполнены электрические соединения между блоками электроники и гидравлики.

2. Отклоняющий инструмент по п. 1, в котором первый резьбовой конец дополнительно содержит образованные в нем по меньшей мере первую, вторую и третью канавки и второй резьбовой конец содержит образованные в нем первый, второй и третий пазы.

3. Отклоняющий инструмент по п. 1, дополнительно содержащий соединение, содержащее съемную крышку люка, устанавливаемую над каждым из пазов, образованных во втором резьбовом конце.

4. Отклоняющий инструмент по п. 1, в котором блок гидравлики содержит наружный кожух, блок электроники содержит наружный кожух и между указанными кожухами аксиально расположено кольцо синхронизации.

5. Отклоняющий инструмент по п. 4, в котором кольцо синхронизации находится в сжатом состоянии между наружным кожухом блока электроники и наружным кожухом блока гидравлики при соединении первого и второго резьбовых концов резьбовым соединением.

6. Отклоняющий инструмент по п. 1, в котором канавки расположены с неравными угловыми интервалами друг от друга по окружности первого резьбового конца и пазы расположены с указанными неравными угловыми интервалами друг от друга по окружности второго резьбового конца.

7. Скважинный отклоняющий инструмент, выполненный с возможностью работы в стволе скважины и содержащий вал, блок электроники, физически и электрически связанный с блоком гидравлики, при этом блок электроники и блок гидравлики расположены вокруг вала и способны вращаться относительно вала, блок гидравлики содержит множество лопастей, расположенных в корпусе лопастей, лопасти способны выдвигаться и втягиваться в радиальном направлении наружу от корпуса и внутрь него, при этом корпус лопастей содержит первый резьбовой конец, содержащий множество канавок, образованных в нем, причем блок гидравлики дополнительно содержит кожух блока гидравлики, размещенный вокруг по меньшей мере части корпуса лопастей,
блок электроники содержит блок управления для управления выдвиганием и втягиванием лопастей, причем блок электроники дополнительно содержит второй резьбовой конец, выполненный на корпусе блока электроники с возможностью резьбового соединения с первым резьбовым концом, причем второй резьбовой конец содержит множество пазов, сформированных в нем, и причем блок электроники дополнительно содержит кожух блока электроники, размещенный вокруг по меньшей мере части корпуса блока электроники,
съемную крышку люка, размещенную над каждым из пазов, образованных во втором резьбовом конце блока электроники, указанные крышки люков размещены в соответствующих отверстиях в кожухе блока электроники, и
причем соответствующие канавки и пазы совмещены по окружности друг с другом при соединении первого и второго резьбовых концов резьбовым соединением.

8. Отклоняющий инструмент по п. 7, в котором указанные совмещенные друг с другом по окружности канавки и пазы формируют соответствующие карманы, в которых выполнены электрические соединения между блоками электроники и гидравлики.

9. Отклоняющий инструмент по п. 7, дополнительно содержащий кольцо синхронизации, находящееся в сжатом состоянии между кожухом блока электроники и кожухом блока гидравлики при соединении первого и второго резьбовых концов резьбовым соединением.

10. Отклоняющий инструмент по п. 9, в котором первый и второй резьбовые концы, соединенные по резьбе, дополнительно сжимают кожух блока электроники и кожух блока гидравлики.

11. Отклоняющий инструмент по п. 7, в котором блок электроники содержит электронную схему, расположенную по меньшей мере в одной полости, образованной в корпусе блока электроники и расположенной радиально между корпусом блока электроники и кожухом блока электроники.

12. Отклоняющий инструмент по п. 7, в котором блок гидравлики содержит множество электронно-управляемых гидравлических компонентов, расположенных в по меньшей мере одной полости, образованной в корпусе лопастей и расположенной между корпусом лопастей и кожухом блока гидравлики.

Images