Компоновка низа бурильной колонны для направленного бурения скважины

 

Изобретение относится к оборудованию для бурения скважин (С). Цель - обеспечение автоматического ориентирования отклонителя в апсидальной плоскости искривленной С в направлении, противоположном азимуту ствола, повышение точности исправленного бурения за счет исключения влияния реактивного момента забойного двигателя на азимутальную установку отклонителя. Компоновка паза бурильной колонны включает утяжеленные бурильные трубы (УБТ) 1, забойный двигатель 2 с долотом 3 и размещенный между ними отклонитель. Последний включает вал 4 и концентрично размещенную на нем с возможностью вращения втулку 5 с ребрами на наружной поверхности. Они расположены параллельно продольной оси наружной поверхности, и диаметр их описанной окружности равен диаметру долота 3. Продольная ось присоединительной резьбы (ПР) 8 вала 4 к УБТ 1 и продольная ось ПР 10 вала 4 к забойному двигателю 2 расположены в одной плоскости и радиально смещены в противоположном направлении относительно продольной оси вращения вала 4. Продольная ось ПР 10 вала 4 к забойному двигателю 2 смещена в угловом направлении, и точка 12 пересечения ее с осью вращения вала 4 совпадает с геометрическим центром торца долота 3. При включении циркуляции и запуске забойного двигателя 2 реактивный момент пытается развернуть корпус забойного двигателя 2 относительно своей продольной оси, и следовательно, развернуть вал 4 отклонителя. Этому развороту препятствует втулка 5. 4 ил.

CQIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

056 А1 (19) (11) (511 4 F- 21 В 7/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР б. f"„ßÄÖÄß . ;Ы!МН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4344543/23-03 (22) 17.12в87 (46) 07.09.89.. Бюл. В 33 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт геологических, геофизических, геохимических информационных систем (72) О.Ю.Бергштейн, М.И.Ворожбитов, Ю,М.Гержберг, Д.И.Индрупский и А.Д.Писарницкий (53) 622.243.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 991015, кл. Е .21 В 7/08, 1981.

Авторское свидетельство СССР

У 648710, кл. E 21 В 7/08, 1977.

2 (54) КОМПОНОВКА НИЗА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИНЫ (57) Изобретение относится к оборудованию для бурения скважин (C).

Цель — обеспечение автоматического ориентирования отклонителя в апсидальной плоскости искривленной С в на-правлении, противоположном азимуту ствола, повышение точности исправленного бурения за счет исключения влияния реактивного момента забойного двигателя на азимутальную установку отклонителя. Компоновка паза бурильной колонны включает утяжеленные бурильные трубы (УБТ) 1, забойный дви3 !5060 гатель 2 с долотом 3 и размещенный между ними отклонитель. Последний включает вал 4 и концентрично раэме-! щенную на нем с возможностью вращения втулку 5 с ребрами на наружной поверхности. Они расположены параллельно продольной оси наружной поверхности, и диаметр их описанной окружности равен диаметру долота 3. 10

Продольная ось присоединительной резьбы (ПР) 8 вала 4 к УБТ 1 и продольная ось ПР 10 вала 4 к забойному двигателю

2 расположены в одной плоскости и радиально смещены в противоположном направлении относительно продольной оси вращения вала 4. Продольная ось

ПР 1О вала 4 к забойному двигателю

2 смещена в угловом направлении, и точка !2 пересечения ее с осью вращения вала 4 совпадает с геометрическим центром торца долота 3. При включении циркуляции и запуске забойного двигателя 2 реактивный момент пытается развернуть корпус забойного двигателя 2 относительно своей продольной оси и,следовательно, развернуть вал 4 отклонителя. Этому развороту препятствует втулка 5. 4 ил.

Изобретение относится к бурению 20 скважин,ia именно к техническим средствам для уменьшения зенитного угла участка ствола искривленной скважины при бурении забойным двигателем, и предназначено для проводки верти- 25 кальных сверхглубоких скважин.

Цель изобретения — обеспечение автоматического ориентирования отклонителя в апсидальной плоскости искривленной скважины в направлении, 30 противоположном азимуту ствола, и повышение точности направленного бурения эа счет исключения влияния реактивного момента забойного двигателя на азимутальную установку отклонителя.

На фиг.1 показана компоновка низа бурильной колонны для направленного бурения скважины, общий вид; на фиг.2 — — сечение А-А на фиг.1; íà 40 фиг.3 — отклонитель при установке его в цилиндрическом стволе скважичы, поперечный разрез; на фиг.4 — то же, при установке его в кавернозном стволе злипсного сечения, поперечный

45 разрез.

Компоновка низа бурильной колонны для направленного бурения скважины является нижней составной частью бурильной колонны и состоит иэ утяжеленных бурильных труб 1 (УБТ), забой50 ного двигателя 2 с долотом 3, размещенного между ними отклонителя, выполненного в виде вала 4 с концентрично размещенной на нем с воэможностью вращения втулки 5, нмеюшей на наружной поверхности ребра 6, расположенные параллельно продольной оси втулки, причем диаметр описаннои окружности ребер равен диаметру долота 3. Втулка 5 на валу 4 может быть установлена на опорно-радиальных под" шипниках качения или скольжения.

Благодаря тому, что отклонитель представлен в виде вала 4 с концентрично размещенной на нем с воэможностью вращения втулкой 5, имеющей на наружной поверхности ребра Ь, расположенные параллельно продольной оси втулки, описываемый диаметр которых равен диаметру долота 3, ось вращения вала совпадает с продольной осью скважины в месте установки отклонителя, т.е. втулка 5 играет роль опорно-центрирующего элемента, относительно которого компоновка бурильного инструмента может вращаться в скважине.

11родольная ось 7 присоединительной резьбы 8 вала 4 к утяжеленным бурильным трубам 1 и продольная ось 9 присоединительной резьбы 10 вала 4 к забойному двигателю 2 лежат в одной плоскости и радиально смещены в противоположном направлении относительно продольной оси 11 вращения вала 4, при этом продольйая ось 9 присоединительной резьбы !О вала 4 к забойному двигателю 2 имеет еще и угловое смещение о . (О 30 — 1 О0 ) относительно оси 11 вращения вала 4, и точка 12 пересечения ее с осью 11 вращения вала совпадает с геометрическим центром торца долота 3.

Размещение продольных осей присоединительных резьб вала к утяжеленным бурильным трубам и забойному двигателю в одной плоскости с радиальным смещением их в противополож5 15ОЬО5Ь 6 ном направлении относительно оси вра- 4 таким образом, чтобы точка пер сещения вала приводит к тому, что про- чения продольной оси эабойнаго лвндольные оси забойного двигателя и гателя с осью вращения втулки 5 соутяжеленных бурильных труб не совпада- впадала с геометрическим центром ют с осью вращения вала 4, а следова- торца долота. тельно, и с продольной осью скважины. Выполнение продольной оси присоВ результате такого выполнения при единительной резьбы 8 вала 4 к забойному двигателю 2 с угловым смещеинструмента в наклонной скважине и 1О нием и совмещение точки пересечения контакте втулки 4 с ее стенками на ее и оси вращения втулки с геометриконцах отклонителя из-за действия ческим центром торца долота обеспегравитационных сил возникают противо- чивает автоматическое ориентирование положно-нап авленные р вленные относительно долота в апсигальной плоскости в наоси вращения моменты силы тяжести, 15 правлении, противоположном азимуту стремящиеся развернуть компоновку от в искривленного ствола скважины, т.е. носительно ее опо ы ( ел н ее опоры (втулки 5) в по- компоновка работает против набора ложение устойчивого равновесия.

Массу УБТ забойного вигателя у, ного двигателя, При запуске забойного двигателя плечо эксцент ичных сме ений ц ри х смещений масс вы- 2р появляется иэ-за возникновения реакбирают таким об аэом что ы мо тивного момента дополнительная возсил, создаваемый весом УБТ мущающая сила, стремящаяся раэверклонителем был больше момента с льше момента сил нуть корпус двигателя, а следовательпод ним, создаваемого весом забойного но, и компоновку вокруг оси забойного д . А так как момент сил 25 двигателя, Однако,.благодаря выполдвигателя 2, А так ка тяжести, создаваемый весом утяжелен- нению продольной оси присоединительных бурильных труб, над отклонителем ной резьбы 8 вала 4 с забойным двигабудет п евышать момент телем с радиальным смещением относипод ним, созpàíàåìûé весом забойного тельно оси вала, этот момент будет гаситьдвигателя, то компоновка занимает 30 ся при контакте со стенкой скважины положение устойчивого равновесия при рабочей поверхностью втулки, концентразмещении продольных осей УБТ, за- рично размещенной на валу. Этим досбойного вигателя 3 тигает я исключение влияния реактивного момента забойного двигателя на дальной плоскости. р ц с спуска такой компонов- азимутальную установку отклонителя

1 ки в искривленную скважину происходит что повышает точность направленного автоматическое ориентирование утяже- бурения урения, ленных бурильных труб и забойного двигателя (их продольных осей) в апси- Устройство работает следующим дальной плоскости искривленной сква40 образом жины, причем ось утяжеленных буриль- В процессе спуска бурильного инстных труб 1 смещена к лежачей (нижней) румента на забой скважины забойный стенке скважины, а ось забойного дви- двигатель 2 (турбобур) с долотом 3, гателя 2 — противоположной (верхней). вал 4 и утяжеленные бурильные трубы

Данное асположение ко б

P ение компоновки низа 4> 1, благодаря возможности проворо ение ко, та урильной колонны в стволе искривлен- относительно втулки 5 (опорно-центрирующего элемента) и действия момента

P устойчиво го авновесия сия и в таком виде сил тяжести из-за эксцентричного разспускается до забоя, мещения УБТ l и забойного двигателя

Для установки долота 3 в направле- 2, ориентируются в апсидальной плоснии против кривизны при нахождении кости с установкой УБТ по нижней компоновки в положении устойчивого (лежачей) стенке и направленностью, равновесия, а также для улучшения ее долота против искривления ствола. В . вписываемости в скважину при спуске таком положении происходит спуск и инструмента необходимо соответственно автоматическая ориентировка е

55 риентировка его на рассчитать геометрические размеры забое против кривизны, забоиного двигателя 2 (длину и диа- При включении циркуляции и запуске метр) и угловое смещение продольной забойного двигателя 2 реактивный оси присоедините: ьнои резьбы 8 вала момент пытается развернуть ко пус рпус

1506056 вавоайого двигателя отиосительио своей продольной оси, и следовательно, развернуть вал 4 отклонителя. Этому развороту препятствует втулка 5, 5 выполненная в размере долота 3, контактирующая со стенками скважины, и, как следствие, разворота отклонителя не происходит. Гашение реактивного момента имеет место как в цилиндрическом стволе (фиг.3), так и в кавернозном стволе элипсного сечения (фиг.4), т.е. независимо от формы сечения ствола ориентация откпонителя против кривизны сохраняется. 15

Таким образом, предложенная компоновка низа бурильной колонны для направленнога бурения скважины позволяет осуществлять автоматическую установку и фиксацию направления от- 2р клонителя в направлении, противоположном азимуту наклонного ствола независимо от формы его поперечного сечения, изменения давления в гидравлической системе буровой и реактивно- 25

ro момента забойного двигателя.

Формул а изобретения

Компоновка низа бурильной колонны для направленного бурения скважины, включающая забойный двигатель с долотом, утяжеленные, бурильные трубы и расположенный между ними отклонитель, содержащий вал и конпентрично размещенную на нем с возможностью вращения втулку с ребрами на наружной поверхности, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью обеспечения автоматического ориентирования отклонителя в апсидальной плоскости искривленной скважины в направлении, противоположном азимуту ствола скважины, и повышения точности направленного бурения за счет исключения влияния реактивного момента забойного двигателя на азимутальную установку отклонителя, продольные оси присоединительных резьб нала к утяжеленным бурильным трубам и забойному двигателю расположены в одной плоскости с осью вращения вала и имеют относительно последней противоположное радиальное смещение, а продольная ось лрисоединительной резьбы вала к за— бойному двигателю смещена в угловом направлении и точка пересечения ее с осью вращения вала совпадает с геометрическим центром торца долота, причем ребра на наружной поверхности втулки расположены параллельно продольной ее оси, и диаметр их описанной окружности равен диаметру долота.! 506056

Фиг. Я

Составитель В.Родина

Техред М.Ходанич

Редактор Г.Волкова

Корректор Э.Лончакова

Заказ 5400/31 Тирав 514 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, W-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. У кгород, ул. Гагарина, 101