Устройство для направленного бурения

 

Изобретение относится к бурению скважин. Цель - повышение надежности работы. Устройство содержит породоразрушающий инструмент, отклонитель и узел его ориентирования, выполненный в виде жестко соединенной с корпусом отклонителя втулки с винтовыми рабочими поверхностями, образующими ориентирующий паз, шарика, его фиксатора и датчика установки отклонителя в рабочее положение в виде гидроцилиндра и поршня. Втулка снабжена основанием, соединяющим между собой ее винтовые рабочие поверхности для ограничения углового смещения шарика относительно ориентирующего паза при поиске апсидальной плоскости скважины. Основание расположено на расстоянии от ориентирующего паза, меньшем половины шага винтовой поверхности. При подъеме колонны бурильных труб зафиксированный шарик взаимодействует с винтовой рабочей поверхностью. После необходимого количества циклов ориентирования шарик размещается в пазу, а отклонитель ориентирован в требуемом направлении. 11 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (511 4 Е 21 В 7/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4280916/23-03 (22) 08.07.87 (46) 15.11.89. Бюл. № 42 (71) Забайкальский комплексный научно-исследовательский институт Министерства геологии СССР (72) P. Б. Закиев и А. Б. Мержеевский (53) 622.243.2 (088.8) (56) Патент США № 2632630, кл. 166 — 117.5, опублик. 1949.

Авторское свидетельство СССР № 1156416, кл. Е 21 В 7/06, 1984. (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ (57) Изобретение относится к бурению скважин. Цель — повышение надежности работы. Устройство содержит породоразрушающий инструмент, отклонитель и узел его ориентирования, выполненный в виде жестко

Изобретение относится к бурению наклонно направленных скважин и предназначено для ориентирования клиновых и бесклиновых отклонителей с подачей гидравлического контрольного сигнала о завершении ориентирования отклонителя.

Цель изобретения — повышение надежности в работе.

На фиг. 1 показана компоновочная схема устройства; на фиг. 2 — развертка рабочей полости узла ориентирования известного устро" ; на фиг. 3 развертка рабочей полости узла ориентирования предлагаемого устройства; на фиг. 4— устройство в транспортном положении (при спуске в скважину) и в момент окончания процесса ориентации, продольный разрез; на фиг. 5, 6 и 7 — варианты выполнения винтовых рабочих поверхностей, буртов и основания на элементах устройства; на фиг. 8„„SU„„1521847

2 соединенной с корпусом отклонителя втулки с винтовыми рабочими поверхностями, образующими ориентирующий паз, шарика, его фиксатора и датчика установки отклонителя в рабочее положение в виде гидроцилиндра и поршня. Втулка снабжена основанием, соединяющим между собой ее винтовые рабочие поверхности для ограничения углового смещения шарика относительно ориентирующего паза при поиске апсидальной плоскости скважины. Основание расположено на расстоянии от ориентирующего паза, меньшем половины шага винтовой поверхности. При подъеме колонны бурильных труб зафиксированный шарик взаимодействует с винтовой рабочей поверхностью. После необходимого количества циклов ориентирования шарик размещается в пазу, а отклонитель ориентирован в требуемом направлении. 11 ил. предлагаемое устройство в момент начала процесса. ориентации (устройство поставлено на забой) и при бурении скважины. продольный разрез; на фиг. 9 и 10 — — поперечный разрез устройства (сечение А — А па фиг. 8) при поиске шариком апсидальной плоскости скважины при разнице фактического и рабочего углов установки устройс1ва, соответственно, большей и меньшей и равной максимально возможному угловому смещению шарика относительно ориентирук> щего паза втулки узла ориентирования; на фиг. 11 — устройство в момент ориентирования, продольный разрез.

Устройство для наклонно направленного бурения скважин содержит (фиг. 1) породоразрушающий инструмент 1, отклонитель 2 и расположенный над ним узел его ориентирования 3 с датчиком установки отклонителя в рабочее положение. Узел ориентирования

1521847 (фиг. 4) состоит из жестко связанной с корпусом 4 отклонителя втулки 5 с двумя виновыми рабочими поверхностями 6, образуюцими ориентирующий паз 7, крышки 8 с становленными в ней подшипниками 9 и уплотнепием 10, в которых размещен с возможностью продольных перемещений коаксиально корпуса отклонителя 4 полый вал 11, нижняя часть которого соединена с фиксатором

l2, на торце которого выполнены углубления 13 для размещения в них шарика 14. тулка 5 имеет также (фиг. 5) два бурта !

5 и основание 16 для ограничения макси альных перемещений шарика 14. Основание 16 расположено между винтовыми рабо1ими поверхностями 6 на расстоянии от ориентирующего паза 7, меньшем половины шапа винтовой поверхности 6.

Бурты 15 и основание !6 могут быть вы (олнены на отдельном элементе (фиг. 6, 7), естко связанном с корпусом 4 отклонителя ли непосредственно в нем. Фиксатор 12 соеинеи с датчиком установки отклонителя в абочее положение, выполненным в виде гидроцилиндра 7, имеющего две рабочие полости 18 и 19, разделенные уплотнениями

20, и вала-поршня 21, имеющего дв- центральных отверстия 22 и 23, разделенных перемычкой 24, и наклонные отверстия 25 и,.26, причем они выполнены таким образом, ч го находятся в одноименной полости гидроцилиндра 17 только при крайних положениях в нем вала-поршня 21 Гидроцилиндр

I7 и вал-поршень 21 имеют шлицы 27 и 28 для взаимодействия между собой при крайн м верхнем положении вала-поршня 21 в гндроцилиндре 17. Вал-поршень 21 соединяе ся с валом orêëoíèòåëÿ 2, а вал 11 с,колонной бурильны, " уб.

Устройство для наклонно направленного бурения скважин работает следующим образом.

На поверхности втулка 5 устанавливается так, чтобы между пазом 7 этой втулки и отклоняющим элементом отклонителя получился угол, соответствующий расчетному углу установки отклонителя, и жестко фиксируется в этом положении путем ее зажима между торцами крьпики 8 и, буртом корпуса 4.

В транспортном положении (фиг. 4) устройство на колонне бурильных труб спускается в скважину. Не доходя до ее забоя, включают подачу промывочной жидкости, которая проходит через полый вал ll, рабочую полость 18 гидроцилиндра 17, отверстия 25 и

26 вала-поршня 21, полость 19 гндроцилиндра 17, отверстия 26 и 23 вала-поршня 21 и через вал отклонителя 2 поступает на забой скважины, обеспечивая ее промывку. После этого под небольшим давлением устройство ставят на забой скважины. В момент постановки на забой вал 11, фиксатор 12 с шари5

55 ком 14 и гидроцилиндр 17 опускаются. При этом шарик 14, дойдя до основания 16, останавливается, а вал !1, фиксатор 12 и гидроцилиндр 17 движутся дальше до упора торцов фиксатора 2 и вала-поршня 21 и смыкания шлицев 27 и 28 гидроцилиндра 17 и вала-поршня 2i (фиг. 8). Для того, чтобы не произошло заедание при замыкании шлицевого соединения, обращенные друг к другу торцы шлицев 27 и 28 выполнены со скосами. Благодаря дальнейшему перемещению фиксатора 12 шарик 4 освобождается из углублений 13 и получает возможность установиться в апсидальной плоскости скважины. При этом, если разница между фактическим и расчетным углом установки отклонителя больше максимально возможного углового смещения шарика относительно ориентирующего паза втулки 5, то шарик !4 сместится только на данную величину максимально возможного углового смещения и упрется в бурт 15, не доходя до апсидальной плоскости скважины (фиг. 9). Если разница между фактическим и расчетным углом установки отклонителя меньше или равна максимально возможному угловому смещению шарика относительно ориентирующего паза втулки 5, то шарик 14 установится в апсидальной плоскости скважины (фиг. 10) .

При этом постановка отклонителя на забой скважины будет сопровождаться кратковременным повешением давления и уменьшением расхода промывочной жидкости, фиксируемыми приборами на поверхности, при промежуточных положениях вала-поршня 21 в гидроцилиндре 17, когда уплотнение 20 разьединит отверстия 22 и 23 вала-поршня

21 (фиг. 11). При смыкании торцов фиксатора 12 и вала-поршня 21 (фиг. 8) промывочная жидкость вновь свободно поступает на забой через полый вал 11 отверстия 22 и 25 вала-поршня 21, полость 18 гидроцилиндра

17, отверстия 26 и 23 вала-поршня 21 и вал отклонителя на забой, что фиксируется приборами на поверхности и свидетельствует о постановке устройства на забой скважины.

Затем через колонну бурильных труб, с которой жестко связан вал 11, производят отрыв устройства от забоя скважины. При этом отклонитель и связанный с ним валпоршень 21 за счет их веса остаются на месте, а вверх перемещается только связанный с колонной бурильных труб вал 11 и жестко соединенные с ним фиксатор 12 и гидроцилиндр 17 с уплотнениями 20. При перемещении вверх фиксатор 12 подхватывает шарик

14, который устанавливается з соответствующем смещению шарика относительно ориентирующего паза 7 углублении 13 фиксатора 12, а при перемещении гидроцилиндра

17 происходит размыкание его шлицев 27 и шлицев 28 вала-поршня 21 (фиг. Il). При

1521847

180

Фиг 2 дальнейшем подъеме колонных труб зафиксированный в углублении 13 фиксатора 12 шарик 14 набегает на винтовую поверхность

6 втулки 5. При этом уплотнение 20 гидроцилиндр 17 размещается так, что разъединяет отверстия 22 и 23 вала-поршня 21, препятствуя свободному прохождению промывочной жидкости на забой скважины. Фиксируемые приборами на поверхности повышение давления и уменьшение расхода промывочной жидкости указывают на незавершенность процесса ориентирования. При дальнейшем движении вверх колонны бурильных труб за счет веса устройства и давления промывочной жидкости в рабочей полости 18 гидроцилиндра 17 на вал-поршень 21 и торец фиксатора 12 за счет взаимодействия шарика 14 с винтовой поверхностью 6 втулки 5 происходит поворот отклонителя до размещения шарика в ориентирующем пазу 7 втулки 5 на угол, соответствующий угловому смещению относительно него шарика 14 при поиске им апсидальной плоскости скважины.

В момент расположения шарика 14 в ориентирующем пазу 7 отверстия 22 и 23 вала-поршня 21 соединятся между собой через полость 18 гидроцилиндра 17, и промывочная жидкость свободно поступит на забой скважины. Это состояние фиксируется приборами и свидетельствует об окончании одного цикла ориентирования.

Таким образом производится необходимое число циклов ориентирования отклонителя, которое определяется из соотношения где и — необходимое число циклов ориентирования (целое число); максимально возможное угловое смещение шарика относительно

5 ориентирующего паза, градус.

После этого устройство ставится на забой, создаются требуемые режимные параметры и производится искусственное искривление скважины.

При необходимости ориентирование можно повторить в процессе рейса аналогично по описанному способу. Причем в зависимости от требований число циклов ориентирования может изменяться от 1 (для коррс,тировки положения отклонителя) 10 необхо15 димого числа циклов для полной его ориентации.

Формула изобре тення

Устройство для направленного бурения, включающее породоразрушающий инструмент, отклонитель и расположенный над ним узел его ориентирования, состоящий из жестко связанной с отклонителем втулки с двумя направленными навстречу одна другой винтовыми рабочими поверхностями, образующими ориентирующий паз, шарика, узла фиксации последнего и датчика установки отклонителя в рабочее положение, от.шчаюи(ееся тем, что, с целью повышения надежности в работе, втулка снабжена ограничителем перемещения шарика в осевом направлении, выполненным в виде поперечного основания, расположенного между винтовыми рабочими поверхностями и связывающего последние на расстоянии от ориентирующего паза, меньшем половины шага винтовой поверхности.

1521847

1521847

27. 28

17

24

2/

152I84?

13

12 б

1б

77

1Т

72

Составитель В. Родина

Техред И. Верес Корректор М. Максимишинец

Тираж 514 Подписное

Редактор М. Бандура

Заказ 6901/28

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101