SU1735563A1

SU1735563A1 - Method of directional drilling using hinged assembly and relevant device

Info

Publication number: SU1735563A1
Application number: SU874340255A
Authority: SU
Inventors: Владимир Данилович Поташников
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Буровой Техники
Priority date: 1987-12-11
Filing date: 1987-12-11
Publication date: 1992-05-23

Abstract

Изобретение относитс к буровой технике и может быть использовано, в частности , дл направленного бурени скважин забойными двигател ми. Цель изобретени - расширение технологических возможностей по управлению искривлением скважин без подъема компоновки на поверхность. Способ направленного бурени скважин шарнирной компоновкой, включающей направл ющую штангу, долото и упругий опорно-центрирующий элемент, шарнирную муфту и забойный двигатель, предусматривает управление искривлением сл СThe invention relates to a drilling technique and can be used, in particular, for directional drilling of downhole motors. The purpose of the invention is to expand the technological capabilities to control the curvature of wells without lifting the layout to the surface. The method of directional drilling of wells with a hinged arrangement, including a guide rod, a chisel and an elastic support-centering element, a hinge coupling and a downhole motor, provides for controlling the curvature of sl

Description

;Ь; B

vj Ы СЛvj sl

сл сь соplease contact

ствола скважины путем изменени геометрических параметров компоновки. Управление осуществл ют путем изменени в скважине наружного диаметра упругого опорно-центрирующего элемента или путем изменени положени верхней части направл ющей штанги за счет ее центрировани или смещени относительно оси скважины в направлении , противоположном заданному на- правлению бурени , под действием нормальной составл ющей силы т жести компоновки и сил трени ее о стенки скважины при вращении корпуса забойного двигател влево его реактивным моментом или вправо - ротором буровой установки. Устройство дл осуществлени способа содержит направл ющую штангу 1 (НШ) с долотом 2 и опорно-центрирующим элементом 3, забойный двигатель 4 (Д) и шарнирную муфту 5 соедин ющую НШ 1 с валом Д 4. Центратор 8, установлен на корпусе забойного Д 4 с возможностью ограниченного перемещени wellbore by changing the geometry of the layout. The control is carried out by changing the outer diameter of the elastic support-centering element in the well or by changing the position of the upper part of the guide rod due to its centering or displacement relative to the axis of the well in the direction opposite to the specified direction of drilling. the layout and forces of its friction against the borehole walls when the downhole motor housing is rotated to the left by its reactive moment or to the right by the rotor of the drilling rig. A device for carrying out the method comprises a guide rod 1 (NS) with a chisel 2 and a support-centering element 3, a downhole motor 4 (D) and a hinge coupling 5 connecting the NSH 1 with the shaft D 4. The centralizer 8 is mounted on the case of the bottom-hole D 4 with limited movement

по нему и закреплени на нижней части Д 4. Элемент 3 выполнен с приспособлением дл изменени его диаметра. На нижней части корпуса забойного Д 4 могут быть выполнены выступы 10 дл взаимодействи со стенками скважины и резьба дл закреплени центратора 8. Направление витков резьбы противоположно направлению вращени вала забойного Д 4. У нижнего торца центратора 8 выполнена ответна резьба. Диаметр компоновки по выступам 10 превышает диаметр НШ 1, но меньше наружного диаметра центратора 8. Приспособление дл изменени диаметра элемента 3 может быть выполнено в виде забойного механизма подачи долота, включенного в состав НШ 1, Элемент 3 выполнен в виде упругого каркаса из продольных дугообразных планок и соедин ющих их концы двух колец. Одно из колец св зано с корпусом, а другое - со штоком забойного механизма подачи доло- та. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 3 ил.on it and fastening it on the lower part of D 4. Element 3 is made with a device for changing its diameter. On the lower part of the downhole body D 4, protrusions 10 can be made to interact with the walls of the well and a thread to secure the centralizer 8. The direction of the thread turns is opposite to the direction of rotation of the downhole shaft D 4. A matching thread is made at the lower end of the centralizer 8. The diameter of the arrangement along the protrusions 10 exceeds the diameter of the NSh 1, but is smaller than the outer diameter of the centralizer 8. The device for changing the diameter of the element 3 can be made in the form of a downhole bit feeding mechanism included in the composition of the NSh 1, the Element 3 is made in the form of an elastic frame made of longitudinal arcuate slats and connecting the ends of two rings. One of the rings is connected to the housing, and the other to the stem of the bottom hole feed mechanism. 2 sec. and 2 h. n. f-ly, 3 ill.

Изобретение относитс к буровой технике и может быть использовано, в частности , дл направленного бурени скважин забойными двигател ми.The invention relates to a drilling technique and can be used, in particular, for directional drilling of downhole motors.

Известен способ направленного бурени скважин, заключающийс в том, что производ т определенную ориентацию накладок на шпиндельной секции турбобура. Устройство дл осуществлени этого способа содержит шарнирный узел и турбобур с различными по высоте накладками, установленными на его шпиндельной секции.A known method of directional drilling of wells, which consists in producing a certain orientation of the pads on the spindle section of the turbo-drill. A device for carrying out this method comprises a hinge assembly and a turbo-drill with different lining pads mounted on its spindle section.

Недостатком этого технического решени вл етс отсутствие возможности управлени интенсивностью азимутального искривлени скважин.The disadvantage of this technical solution is the inability to control the intensity of the azimuthal curvature of the wells.

Известен также способ направленного бурени скважин шарнирной компоновкой, заключающийс в управлении искривлением ствола скважины путем изменени геометрических параметров компоновки. Устройство дл осуществлени известного способа содержит направл ющую штангу с долотом и опорно-центрирующим элементом , забойный двигатель и шарнирную муфту , соедин ющую направл ющую штангу с валом забойного двигател .There is also known a method of directional drilling of wells with an articulated arrangement, which consists in controlling the borehole curvature by changing the geometrical parameters of the arrangement. A device for carrying out the known method comprises a guide rod with a chisel and a centering element, a downhole motor and a hinge coupling connecting the guide rod with the shaft of the downhole motor.

Недостатком известного решени вл етс невозможность осуществлени управлени искривлением скважины без подъема компоновки на поверхность.A disadvantage of the known solution is the inability to control the curvature of the well without lifting the assembly to the surface.

Целью изобретени вл етс расширение технологических возможностей по управлению искривлением скважин без подъема компоновки на поверхность.The aim of the invention is to expand the technological capabilities to control the curvature of wells without lifting the layout to the surface.

Это достигаетс тем, что, согласно способу , управление осуществл ют путем изменени в скважине наружного диаметра опорно-центрирующего элемента или изменени положени верхней части направл ющей штанги за счет ее центрировани или смещени относительно оси скважины в направлении , противоположном заданному направлению бурени , под действием нор- | а/;ьной составл ющей силы т жести компоновки и сил трени ее о стенки скважины при вращении корпуса забойного двигател This is achieved in that, according to the method, the control is performed by changing the outer diameter of the support-centering element in the well or changing the position of the upper part of the guide rod due to its centering or displacement relative to the axis of the well in the direction opposite to the specified direction of drilling. - | | a /; a component of the strength of the assembly and the force of rubbing it against the borehole walls during rotation of the downhole motor body

влево его реактивным моментом или вправо - ротором буровой установки.to the left by its reactive moment or to the right by the rotor of the drilling rig.

Устройство дл осуществлени способа снабжено центратором, установленным на корпусе забойного двигател с возможностью ограниченного перемещени по нему и закреплени на нижней части упом нутого двигател , а опорно-центрирующий элемент выполнен с приспособлением дл изменени его диаметра. На нижней частиA device for carrying out the method is provided with a centralizer mounted on the downhole motor housing with the possibility of limited movement thereon and fastening on the lower part of said engine, and the centering element is made with a device for changing its diameter. On the bottom

корпуса забойного двигател выполнены выступы дл взаимодействи со стенками скважены и резьба дл закреплени передвижного центратора с направлением витков , обратным направлению вращени валаthe downhole motor housing has projections for interacting with the walls of the borehole and a thread for securing the mobile centralizer with the direction of the turns opposite to the direction of rotation of the shaft

забойного двигател , а у нижнего торца цен- трагора выполнена ответна резьба, при этом диаметр компоновки по выступам превышает диаметр направл ющей штанги, ноthe downhole motor, and at the lower end of the center of the center, a thread is made, and the arrangement diameter along the protrusions exceeds the diameter of the guide rod, but

меньше наружного диаметра центратора.less than the outer diameter of the centralizer.

Приспособление дл изменени диаметра спорно-центрирующего элемента выполнено в виде забойного механизма подачи долота , включенного в состав направл ющей штанги, а опорно-центрирующий элемент выполнен в виде упругого каркаса из продольных дугообразных планок и соедин ющих их концы двух колец, одно из которых св зано с корпусом, а другое - со штоком забойного механизма подачи долота.The device for changing the diameter of the disputable centering element is made in the form of a downhole bit feeder included in the guide rod, and the centering element is made in the form of an elastic frame made of longitudinal arcuate strips and connecting two ends of two rings, one of which is connected with the body, and the other - with the rod downhole bit feeder.

На фиг. 1 изображено устройство дл осуществлени способа (шарнирна компоновка ), общий вид; на фиг. 2 - узел креплени центратора на нижней части корпуса забойного двигател ; на фиг. 3 - узел креплени упругого каркаса опорно-центрирую- щего элемента с забойным механизмом подачи долота.FIG. 1 shows a device for carrying out the method (articulated arrangement), a general view; in fig. 2 - centralizer mounting unit on the bottom of the downhole motor housing; in fig. 3 - an attachment unit for an elastic frame of a support-centering element with a downhole bit feeding mechanism.

Устройство дл осуществлени предлагаемого способа содержит направл ющую штангу 1 с долотом 2 и опорно-центрирую- щим элементом 3, забойный двигатель 4 и шарнирную муфту 5, соедин ющую направл ющую штангу 1 с валом 6 забойного двигател 4. В состав направл ющей штанги включен забойный механизм 7 подачи долота (приспособление дл изменени диаметра опорно-центрирующего элемента), на корпусе забойного двигател 4 установлен с возможностью ограниченного перемещени центратор 8, а у верхнего конца забойного двигател 4 закреплен ограничитель 9 перемещени центратора 8. На нижней части забойного двигател 4 выполнены выступы 10 и нарезана лева резьба 11.A device for carrying out the proposed method comprises a guide rod 1 with a bit 2 and a support-centering element 3, a downhole motor 4 and a hinge coupling 5 connecting the guide rod 1 with the shaft 6 of a downhole motor 4. The bottom rod is included in the guide rod the bit feeding mechanism 7 (device for changing the diameter of the support-centering element), on the case of the downhole motor 4 is installed with a possibility of limited movement a centralizer 8, and at the upper end of the downhole motor 4 there is a stop 9 moves the centralizer 8. At the bottom of the downhole motor 4, projections 10 are made and left-handed thread 11 is cut.

В случае применени обычного забойного двигател с правосторонним вращением вала с помощью левой резьбы на нижней части корпуса забойного двигател 4 закрепл етс центратор 8.In the case of a conventional downhole motor with right-hand rotation of the shaft, a centralizer 8 is fixed to the lower part of the downhole motor 4 using the left-hand thread on the lower part of the downhole motor housing.

Опорно-центрирующий элемент 3 выполнен в виде каркаса с упругими дугообразными опорными планками 12, концы которых св заны с помощью колец 13 и 14, одно из которых закреплено на корпусе забойного механизма 7 подачи, а другое - на штоке 15 этого механизма. В свободном состо нии диаметр опорно-центрирующего элемента 3 больше диаметра долота 2.The support-centering element 3 is made in the form of a frame with elastic arcuate support bars 12, the ends of which are connected by means of rings 13 and 14, one of which is fixed on the body of the downhole feed mechanism 7, and the other on the rod 15 of this mechanism. In the free state, the diameter of the support-centering element 3 is larger than the diameter of the bit 2.

Диаметр компоновки по выступам 10 превышает диаметр направл ющей штанги 1, но меньше наружного диаметра центратора 8.The diameter of the arrangement along the protrusions 10 is greater than the diameter of the guide rod 1, but less than the outer diameter of the centralizer 8.

Способ осуществл ют следующим образом .The method is carried out as follows.

Дл стабилизации направлени бурени центратор 8 закрепл ют на нижней части забойного двигател 4 с помощью левой резьбы и бурение ведут при давлении промывочной жидкости и осевой нагрузке, исключающих возможность выдвижени штока 15 забойного механизма 7 подачи, периодически проворачива инструмент ротором буровой установки вправо.In order to stabilize the drilling direction, the centralizer 8 is fixed to the bottom of the downhole motor 4 using the left-hand thread and the drilling is carried out at a pressure of flushing fluid and axial load, making it impossible to extend the rod 15 of the downhole feed mechanism 7, periodically turning the tool with the rotor of the drilling rig to the right.

Дл уменьшени зенитного угла скважины увеличивают давление промывочной жидкости и, при необходимости, дополнительно уменьшают величину осевой нагрузки до значений , обеспечивающих выдвижение штока 15 забойного механизма 7 подачи, что приводит кTo reduce the zenith angle of the well, increase the pressure of the drilling fluid and, if necessary, further reduce the axial load to values that ensure the extension of the rod 15 of the downhole feed mechanism 7, which leads to

0 уменьшению диаметра опорно-центрирующего элемента 3 до вел/чины, меньшей диаметра центратора 8, удерживающегос на нижнем конце корпуса забойного двигател 4.0 to reduce the diameter of the support-centering element 3 to a vel / rank smaller than the diameter of the centralizer 8, which is retained at the lower end of the casing of the downhole motor 4.

Дл увеличени зенитного угла скважины и обеспечени возможности управлени To increase the zenith angle of the well and provide control

5 азимутом забойный механизм 7 подачи перевод т в исходное положение путем уменьшени давлени промывочной жидкости и увеличени осевой нагрузки, а центратор 8 перевод т в верхнее положение. Перевод5, the downhole-feed mechanism 7 is brought to the initial position by decreasing the pressure of the washing liquid and increasing the axial load, and the centralizer 8 is moved to the upper position. Transfer

0 центратора 8 осуществл ют раскреплением колонны бурильныхтруб с ротором, что приводит к ее вращению влево от реактивного момента забойного двигател 4, вследствие чего центратор 8 отвинчиваетс и раскреп5 л етс . Затем бурильную колонну приподнимают над забоем на высоту, не меньшую длины забойного двигател 4, и снова опускают на забой. Центратор 8 при этом перемещаетс вверх по корпусу забойного0 of the centralizer 8 is carried out by releasing the drill pipe string with the rotor, which causes it to rotate to the left of the reactive moment of the downhole motor 4, as a result of which the centralizer 8 is unscrewed and released. Then the drill string is raised above the bottom to a height not less than the length of the downhole motor 4, and again lowered to the bottom. The centralizer 8 moves upward along the bottomhole housing.

0 двигател 4 до упора в ограничитель 9. Придержива компоновку в этом состо нии, и при закрепленном столе ротора буровой установки осуществл ют бурение и набор зенитного угла.0 engine 4 until it stops at limiter 9. While holding the assembly in this state, and with the rotor table of the drilling rig attached, drilling and a set of zenith angle is carried out.

5 Дл искривлени скважины вправо компоновку с наход щимс у ограничител 9 центратором 8 вращают влево с помощью реактивного момента, создаваемого забойным двигателем 4, что обеспечиваетс при5 To distort the well to the right, the arrangement with the centralizer 8 located at the limiter 9 is rotated to the left using the reactive torque generated by the downhole motor 4, which is provided by

0 раскреплении стола ротора буровой установки . Благодар наличию выступов 10 нижн часть забойного двигател 4 накатываетс на левую стенку скважины, смеща тем самым центр шарнира влево, а долото 2 - вправо от0 fastening the table of the rotor rig. Due to the presence of projections 10, the lower part of the downhole motor 4 rolls onto the left wall of the well, thereby displacing the center of the hinge to the left, and the bit 2 to the right of

5 оси скважины.5 axis of the well.

Дл искривлени скважины влево центр шарнира смещают вправо, что достигаетс путем вращени бурильной колонны ротором буровой установки вправо. В таком поло0 жении удерживают компоновку и производ т бурение.To curve the well to the left, the center of the hinge is shifted to the right, which is achieved by rotating the drill string with the rotor of the drilling rig to the right. In this position, they hold the assembly and drill.

Необходимую величину изменени геометрических параметров компоновки определ ют по известным математическим зависимост м,The required amount of change in the geometry of the layout is determined by known mathematical dependencies,

Claims

5 derived for articulated assemblies, Claim 1. Method for directional well drilling by articulating assembly comprising

a guide rod with a chisel and an elastic support-centering element, a hinge sleeve and a downhole motor, which consists in controlling the borehole curvature by changing the geometric parameters of the assembly, characterized in that, in order to broaden the technological possibilities of controlling the curvature of the wells without lifting the assembly the surface is controlled by changing the bore of the outer diameter of the elastic support-centering element or changing the position of the upper part of the guide pant and due to its alignment or offset with respect to the borehole axis in a direction opposite to the predetermined direction of drilling, under normal component force of gravity and friction forces build it with the walls of the borehole during rotation of the downhole motor housing its left or right reluctance torque rotor rig.

2. A device for directional drilling of wells with a hinged assembly, comprising a guide rod with a chisel and a centering element, a downhole motor and a hinge coupling connecting the guide rod with a downhole motor, in order to expand technological capabilities to control the curvature of wells without lifting the layout

on the surface, it is provided with a centralizer mounted on the downhole motor housing with the possibility of limited movement on it and fixing on the lower part of the said motor, and the centering element is made with a device for changing its diameter.

3. The device according to claim 2, is designed so that on the lower part of the downhole motor housing there are projections for interacting with the walls of the well and a thread for securing the centralizer with the direction of the turns opposite to the direction of rotation of the downhole shaft the motor, and at the lower end of the centralizer, a responsive thread is made, and the diameter of the arrangement along the protrusions exceeds the diameter of the guide rod, but less than the outer diameter of the centralizer.

4. Device on PP. 2 and 3, that is, so that the device for changing the diameter of the centering element is made in the form of a downhole bit feeder included in the guide rod, and the centering element an elastic frame of longitudinal arcuate strips and connecting the ends of two rings, one of which is associated with the body and the other with the rod of the downhole bit feeder.

7J

#