Устройство для ориентирования отклонителя в наклонной скважине

 

Изобретение относится к технике бурения наклонно направленных скважин и позволяет повысить точность и ускорить процесс ориентирования . Устр-во содержит силовой корпус 1, внутри которого установлены датчик 2 повьшенного перепада давления , гидроусилитель (ГУ) 3 и дебаланс (Д) 5. Управляющий клапан ГУ 3 вьпюлнен в виде секторной заслонки (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (!!) (51)4 Е 21 В 47/022

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ гг

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

И А ВТОРСКОЬ6У СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3905371/22-03 (22) 06.06.85 (46) 30.10.86. Бюл. !! 40 (71) Центральная научно-исследовательская лаборатория Производственного объединения Укрнефть" (72) Н.Н.Ногач (53) 622.242(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 1002549, кл. Е 21 В 47/022, 1981.

Авторское свидетельство СССР

У 1177464, кл. Е 21 В 47/022, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТИРОВАНИЯ

ОТКЛОНИТЕЛЯ В НАКЛОННОЙ СКВАЖИНЕ (57) Изобретение относится к технике бурения наклонно направленных скважин и позволяет повысить точность и ускорить процесс ориентирования. Устр-во содержит силоной корпус 1, внутри которого установлены датчик 2 повышенного перепада давления, гидроусилитель (ГУ) 3 и дебаланс (Д) 5. Управлякнций клапан ГУ 3 выполнен в ниде секторной заслонки

1266977

4 с пластиной (П) 24, которая установлена на диске 28 с возможностью осевого перемещения и подпружинена относительно основания 15 цилиндра

9. Седло управляющего клапана в виде отверстия 16 размещено эксцентрично в основании 15. Диск 28 установлен на валу 30 Д 5 с возможностью поворота и жесткой фиксации относительно Д 5. Вращением ротора вправо или влево отверстие 16, проворачиваясь на основании 15, встречает кромку неподвижной П 24 заслонки 4.

При перекрытии П 24 отверстия 16 повьппается давление в манифольде буровой, а при выходе отверстия 16 из зоны перекрытия П 24 давление падает.

Изобретение относится к бурению

:наклонно направленных скважин и предназначено для ориентирования и контроля положения отклонителя в наклонном стволе скважины непосредственно в процессе бурения.

Цель изобретения — повышение точности и ускорение процесса ориентирования.

На фиг. 1 схематично приведено устройство для ориентирования отклонителя; на фиг. 2 — вид А на фиг ° 1 и разрез Б-Б на фиг, 3 схематическое изображение последовательности орентирования отклонителя и контроля его положения в процессе бурения, на фиг. 4 — стол ротора буровой установки, вид сверху.

Устройство (фиг. 1) содержит силовой корпус 1, внутри которого установлены датчик 2 повышенного перепада давления, гидроусилитель

3, секторная заслонка 4 и дебаланс 5, Датчик 2 служит для сигнализации на дневную поверхность путем повышенного перепада давления о несовпадении положения отклонителя с заданным направлением в процессе орентирования, а также об отходе отклонителя от заданного направления в процессе бурения. Датчик 2 представ« ляет собой перегородку круглого сечения, в центре которой размещено клапанное седло 6, а в радиальном

Повышение давления под поршнем 10 увеличивает усилие на штоке 11, превышая реакцию рабочего клапана 18 ГУ

3.- Повьппение перепада давления фиксируется датчиком 2, который сигнализирует о несовпадении положения отклонителя с заданным направлением в процессе ориентирования. При искривлении скважины Д 5 будет смещать

П 24 по часовой стрелке по отношению к отверстию 16 жестко связанного с отклонителем ГУ 3. Угол смещения между новым положением П 24 и ее первоначальным положением определит новое положение апсидальной плоскости ствола скважины

4 ил. направлении выполнены шунтирующие отверстия 7. По отношению к корпусу

1 датчик 2 уплотнен резиновым кольцом 8.

Гидроусилитель 3 содержит цилиндр

9, в котором подвижно установлен пор« шень 10, а последний жестко связан со штоком 11. Верхняя полость 12 цилиндра 9 гидравлически свободно сообщена с наружной средой посредством центрирующей втулки 13 с пазами в осевом направлении. Нижняя полость 14 цилиндра 9 ограничена сплошным основанием 15, в котором размещено седло управляющего клапана гидроусилителя 3 в виде эксцентрично расположенного отверстия 16 по отношению к оси цилиндра 9. Отверстие 16 выполнено в гидравлическом насадке 17, который запрессован в основании 15. Наружный торец насадка 17 подвержен совместно с основанием 15 шлифовке. На штоке .11 укреплен рабочий клапан 18, который предназначен для перекрытия седла

6 датчика 2 в моменты несоответствия положения отклонителя заданному направлению. В верхней части штока

11 выполнены пазы 19, соединяющие зону повьппенного давления, находящуюся выше датчика 2, с нижней полостью 14 цилиндра 9 посредством осевого канала 20 и радиальных отверстий 21.

50.55

3 12669

Пазы 19 одновременно служат фильтром для части потока промывочной жидкости, проходящего через нижнюю полость 14 и насадок 17. Цилиндр 9 установлен в корпусе 1 на проточной опоре 22. Датчик 2 жестко соединен с опорой 22 посредством втулки 23 °

Секторная заслонка 4 (фиг. 1 — 3) в торце имеет пластину 24 в виде сектора с углом . Пластина 24, соприкасающаяся с поверхностью 25 основания 15, выполнена по ширине в радиальном направлении с возможностью полного перекрытия отверстия 16 при провороте основания 15 с отверстием

16 вокруг оси 26. Последняя укреплена на заслонке 4 и свободно вращается в отверстии 27 основания 15. Заслонка

4 подвижно в осевом направлении установлена на диске 28, который в свою G очередь в определенном радиальном положении жестко фиксируется болтом

29 на валу 30 дебаланса 5. Заслонка

4 с пластиной 24 прижимается с необходимым расчетным усилием к основанию 5

15 пружиной 31, установленной между торцом диска 28 и основанием отверстия 32, находящегося в цилиндрической части заслонки 4. Штифт 33, установленный в диске 28, предотвраща- 3Q ет проворачивание заслонки 4 по отношению к диску 28 и фиксирует крайние осевые перемещения заслонки 4 посредством пазов 34, расположенных на ее цилиндрической части, Дебаланс 5

5 жестко укреплен на валу 30, а последний с возможностью проворачивания установлен в проточных опорах 35 и

36. В нижней опоре 36 торец вала 30 упирается на шаровый подшипник 37. 4О

Опоры 35 и 36 жестко соединены втулкой 38. Между опорой 35 и опорой 22 установлена дистанционная втулка 39.

Устройство работает следующим образом. .45

Предварительно на поверхности ориентируемый отклонитель жестко закрепляют с нижней частью корпуса 1 устройства, а метку плоскости действия отклонителя переносят на наружную поверхность корпуса 1 в верхней его части. Устройство с отклонителем устанавливают в горизонтальное положение и поворачивают по отношению к вертикальной плоскости, проходящей через ось устройства, таким образом, чтобы метка плоскости действия отклонителя совпадала с,заданным

77 4 углом установки отклонителя. В горизонтальном положении устройства дебаланс 5 занимает свое наиболее устойчивое равновесное положение. После этого производят установку и фиксирование на валу 30 диска 28 с секторной заслонкой 4 по отношению к дебалансу 5 таким образом, чтобы кромка ОА пластины 24 (фиг. 3 а) заняла угловое положение по отношению к вертикальной плоскости V с суммарным углом oc + 8 /2. В данном случае к — угол установки отклонителя по отношению к апсидальной nJIocKocTH скважины, 8 — угол сектора, ограничивающего диаметр отверстия 16, g угол, заключенный между кромками ОА и ОБ пластины 24 секторной заслонки

4. Направление ДО соответствует задайному углу установки отклонителя.

Устройство с отклонителем устанавливают непосредственно над турбобуром в бурильной колонне, которая в верхней части (фиг. 4а) посредством ведущей трубы 40 размещена в подвижной части ротора 41 и может проворачиваться по отношению к неподвижной части 42 стола ротора буровой установки.

Производят спуск бурильной колонны к забою скважины и начинают бурение с достижением расчетных режимных параметров. На неподвижной части 42 ротора условно проводят линию, определяющую исходный азимут Ч, относительно меридиальной плоскости

С-Ю с установкой соответствующей метки F. Медленно вращают ротор вправо и, наблюдая за показанием манометра в манифольде буровой, находят положение максимального повышения давления, которое отмечают на подвижной части ротора 41 меткой N напротив метки F. В данном случае в устройстве (фиг. За) отверстие 16 на основании 25, проворачиваясь, встречает кромку OA пластины 24, находящейся в неподвижности. При полностью перекрытом отверстии 16 пластиной 24 давление в манифольде повышается.

При дальнейшем вращении ротора вправо с наблюдением за показанием манометра в манифольде находят положение падения давления до номинального значения и отмечают напротив метки F на подвижной части ротора 41 меткой R (фиг. 4а) . При этом угол Р> заключенный между метками N и R,6y5 12.669 дет равен сумме углов г и 6 в устройстве. В данном случае в устройстве (фиг. 3a) отверстие 16, перемещаясь также вправо, выходит из эоны перекрытия пластиной.24 и кромки

ОБ, вызывая падение давления в линии нагнетания буровых насосов.

Далее продолжают вращение ротора вправо с таким расчетом, чтобы метка N по угловой протяженности 10 не доходила до метки F с углом 8 (фиг. 46). Тогда в устройстве отверстие 16 (фиг. 36) разместится: по отношению к кромке ОА с углом 8 /2, При этом отклонитель устанавливается в заданном направлении ДО. Производят фиксацию подвижной части ротора 41 ° а соответственно и ве— дущей трубы 40.

Повышение давления в манифольде 2«« происходит следующим образом (фиr.1), При движении жидкости через шунтирующие отверстия 7, открытое седло 6, пазы 19 с осевым каналом 20 и отверстиями 2 1, а также отверстие 2s

16 создается незначительный перепад давления. При этом над седлом 6, отверстиями 7 и н зоне паэон 19 образуется зона повып«енного давления, а под перегородкой датчика 2 Зр и ниже — зона пониженного давления.

При перекрытии пластиной 24 отверстия 16 из зоны повышенного давления через пазы 19, осевой канал 20 и от" верстия 21 укаэанное давление, попадая под поршень 10, вызывает его перемещение вверх и, следовательно, приводит к перекрытию седла 6 клапаном 18. Полное перекрытие седла

6 клапаном 18 приводит к резкому 4О повышению давления над перегородкой

«àò÷èêà 2, а следовательно, и в ма"

«ифольде буровой. Одновременно про«орциональное повышение давления под поршнем 10 вызывает увеличение усилия на штоке 11 значительно превышая возросшую реакцию клапана 18 при полном перекрытии седла 6.

Повышение точности -ориентирования отклонителя при проводке ствола скважины в одной плоскости. может быть достигнуто при увеличении угла пластины 24 секторной заслонки 4 до значения 360 — 8 . .В данном слуПри открытии отверстия 16 плас- 50 тиной 24 давление н камере 14 гидроусилителя 3 падает и результирующее усилие изменяет знак, открывая клапан 18 за счет гидродинамического напора жидкости. Клапан 18 воз- H вращается в оснонное открытое состояние, и давление н манифольде падает

«тГi номинлльного зня »««H«« °

77 б

При проводке наклонно направлена ной скважины н одной плоскости или же прн удержании известного направления для углубления ствола скважины направление ДО, проходящее через ось отверстия 16, будет стабильным и равным В /2 по отношению к направ" лению кромки.ОА пластины 24 (фиг.36), При необходимости изменения направления ствола скважины, например, в связи с увеличением азимута установленнь«й отклонитель в заданном направлении будет формировать ствол н процессе углубления скважины с изменением положении апсидальной плоскости пропорционально пространс« венному углу искривления скважины.

При этом дебаланс 5 устройства, стремящийся занять положение апсидальной плоскости, будет смещать положение пластины 24 вправо, т.е. по часовой стрелке по отношению к отверстию

16 гидроусилителя 3 жестко связанного с отклонителем. Угол смещения < (фиг. Зв) между новым положением,. кромки ОА пластины 24 и ее первоначальным положением (фиг.36) определит новое текущее пространственное положение апсидальной плоскости ствола скважины. На дневной поверхности угол «, определится как угалй« (фиг.4в}, равный или близкий ему по значению путем доворота ротора от исходного положения (фиг. 46) вправо. Вращение ротора производят до момента повьппения давления в манифольде, отметив зто (фиг. 4в) на не"

««одвижной части ротора 42 меткой К напротив метки N. Такое положение

Метки К должно сохраняться и в момент понижения давления до номинального значения напротив метки R. Новое направление азимута g будет получено смещением против часовой стрелки направления ОК на величину угла 8

Таким образом устройство дает возможность осуществлять контроль текущих значений изменения пространственного угла скнажины при известных начальных параметрах кривизны ство" ла.

1266977 чае заслонку 4 ориентируют по отношению к направлению ДО таким образом, чтобы последнее проходило по биссектрисе угла 360 —, т.е. равного 8. (между кромками ОА и ОБ пластины 24).

По сигналу установки отклонителя в заданном направлении непосредственно контролируют его положение в процессе бурения без осуществления дополнительного полуоборота подвижной части ротора и косвенного контроля его положения.

Формула изобретения

t5

Устройство для ориентирования отклонителя в наклонной скважине, включающее корпус; внутри которого соосно размещены вал дебаланса, установленный в проточных опорах, гидроусилитель, выполненный в виде гидроцилиндра с поршнем, рабочим клапаном и управляющим клапаном, седло которого размещено эксцентрично в основании гидроцилиндра, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и ускорения процесса ориентирования, оно снабжено диском, установленным на валу дебаланса с возможностью поворота и жесткой фиксации относительно дебаланса, а управляющий клапан выполнен в виде секторной заслонки, которая установлена на диске с возможностью осевого перемещения и подпружинена относительно основания гидроцилиндра.

1266977

cQ Я

ВНИИПИ Заказ 5734/25 Тираж 548 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4