Устройство для бурения вертикальных скважин

 

Изобретение относится к бурению. Цель - повышение точности проводки ствола скважины. Устройство состоит из центратора, стабилизатора, долота и забойного двигателя. Стабилизатор включает центрирующие узлы (ЦУ) 10, датчики 11, исполнительные узлы (ИУ) 15, гидроцилиндры 16, гидравлические реле времени 14 с узлами прямой 13 и обратный 12 связи. В полости стабилизатора установлено сопло 7. Каждый датчик 11 гидравлически связан через узел 12, узел 13 и реле 14 с расположенным выше ИУ 15, а также через узел 12 и гидроцилиндр 16 - с расположенными с диаметрально противоположной стороны узлом 13, реле 14 и ИУ 15. Полость стабилизатора над соплом 7 связана с ЦУ 10 и датчиками 11, а под соплом 7 - с узлом 12. В процессе бурения рабочая поверхность ЦУ 10 и датчиков 11 взаимодействует со стенкой скважины. При искривлении скважины верхняя часть устройства смещается от оси ствола в противоположную сторону. При этом рабочий агент от датчика 11, через узлы 12 и 13 и реле 14 поступает в ИУ 15. Расположенный ИУ 15 со стороны искривления скважины блокируется. За счет взаимодействия работающего ИУ 15 со стенкой скважины устройство поворачивается вокруг ЦУ 10. Долото разрушает горную породу преимущественно в противоположном первоначальному искривлению ствола направлении. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 Е 21 В 7/10

ОПИСАНИЕ И30БРЕ 1 ЕЙЙР

H ABTOPCHOMV ВВИДЕ ГЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КО МИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТИРЬПИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2i) 4300633/23-03 (22) 31. 08.87 (46) 23.04.90. Бюл. Н- 15 (75) А.А.Грязев (53) 622 ° 243.2(088.8) (56) Патент США ¹ 3424256, кл. 175-76, опублик. 1969.

Авторское свидетельство СССР

¹.,227241, кл. Е 21 В 7/08, 1966.

„„Ж „„1559087

2 » » (54) УСТРОЙСТВО ЛЯ БУРЕНИЯ ЖРТИКАПЬНЫХ СКВА) ИН (57) Изобретение относится к бурению.

Пель — повышение точности проводки ствола скважины. Устройство. состоит из центратора, стабилизатора, долота и забойного двигателя, Стабичизатор включает дентрирующие узлы (ЦУ) 10, датчики 11, исполнительные узлы (ИУ) 1559087

15, гидроцилиндры 16, гидравлические реле времени 14 с узлами прямой 13 и обратной 12 связи, В полости стабилизатора установлено сопло 7. Каждый датчик 11 гидравлически связан через узел 12, узел 13 и реле 14 с расположенным выше ИУ 15, а также через узел 12 и гидроцилиьдр 16 — с расположенными с диаметрально противоположной стороны узлом 13, реле 14 и ИУ 15. Полость стабилизатора над соплом 7 связана с ЦУ 10 и датчиками 11, а под соплом 7 — с узлом 12.

Б процессе бурения рабочая поверхность 5

ЦУ 10 и датчиков 11 взаимодействует !

Изобретение относится к устройствам для проводки вертикальных скважин и может .быть использовано при вращательном способе бурения с приводом долота от забойного двигателя. 25

Цель изобретения — повышение точности проводки ствола скважины, На фиг.1 изображено устройство в транспортном положении, общий вид; на фиг,2 — сечение А-A на фиг.1; на 30 фиг.3 — принципиальная схема стабилизатора, установленного над. забойным двигателем.

Устройство состоит из центратора 1 и стабилизатора 2, расположенных соответственно над буровым долотом 3 и забойным двигателем 4, и колонны бурильных труб 5, Буровое долото 3 и установленный . над ним Центратор j, забойный двигатель 4, а также колонна 40 бурильных труб 5 предс ="авляют собой серийные изделия, Стабилизатор 2 состоит из полого корпуса 6 с соосно установленным в его полости соплом 7, разделяющим 45 внутреннее пространство на полости 8 и 9 соответственно повышенного давления и разряжения, из парных расположенных в корпусе в, диаметральнопротивоположных сторонах центрирующих >0 узлов 10, предназначенных для центрирования верха забойного двигателя 4 при его неустойчивом равновесном состоянии и совпадении его оси с осью скважины, датчиков 11, служащих для

55 выдачи управляющего сигнала в узлы обратной 12 и прямой"13 связей, которые пропускают через гидравлическое реле 14 времени к:.исполнительному ysсо стенкой скважины. При искривлении скважины верхняя часть устройства смещается от оси ствола в противоположную сторону. При этом рабочий агент от датчика 11 через узлы 12 и 13 и реле 14 поступает в ИУ 15. Расположенный ИУ 15 со стороны искривления скважины блокируется. За счет взаимодействия работающего ИУ 15 со стенкой скважины устройство поворачивается вокруг ЦУ 10. Долото разрушает горную породу преимущественно в противоположном первоначальному искривлению ствола направлении. 3 ил. лу 15 повышенное давление или разрежение, цилиндров 16, предназначенных для размещения рабочей жидкости и разделения ее от промывочной жидкости. Гидравлическая связь между элементами стабилизатора 2 осуществляется с использованием трубопроводов 17 и обратных клапанов 18 и 19.

Центрирующиа узлы 10 выполнены в виде раздельно расположенных силовых . гидроцилиндров и включают в себя цилиндр 20, грибовидный поршень 21 с уплотнениями 22„ возвратную пружину

23 и упор 24. Ход поршня 21 определяется разностью радиусов скважин и корпуса 6 стабилизатора 2. Они имеют ,по одному входу, связанному с полостью 8. Датчики выполнены в виде радиально расположенных силовых гидро". цилиндров и состоят из поршня 25 с уплотнениями 26 и цилиндром 27, в котором размещены возвратная пружина

28 и грибовидный поршень 29 с уплотнениями 30 и выполнены радиальные ка" налы 31, из возвратной пружины 32 и упоров 33 и 34, ограничивающих осевое йеремещение соответственно поршней

25 и 29, Ход поршня 25 равен ходу поршня 21, а :.ход поршня 29 определяется величиной допустимого отклонения оси скважины от вертикали (например

0,5-1,0 ), при этом объем вытесненной им жидкости из: цилиндра 27 достаточен для срабатывания вначале узлов обратной 12, а затем прямой 13 связей.

Датчики 11 имеют один вход, свя-.. занный с полостью 8, и один выход, связанный с одним из входов узлов обратной 12 и прямой 13 связей. Узлы 12

1559087 обратной связи выполнены в ниде радиально расположенных силовых гицроцилиндров и включа(от В себя жестко связанные между собой поршни 35 и 36, герметизированные соответстве!!но уплотнениями 37 и 38, и Возвратную пружину 39, Они имеют по тр!i Входа,два из которых связаны с полостями 8 и 9, а третий — с выходом датчика 1,, и один выход, связанный с Вхоцом цилиндра 16.

Узлы 13 прямой связи Выполнены в виде радиально располо>кенных силовых гидроцилиндров и включают f . Себя жестко св".çàííûå между собой поршни

40-42, герметизированные cooтветственно уплотнениями 43-45, и возвратную пружину 46. Они имеют четыре входа, один из которых вязан с Выходом датчика 11, а oñòàëüË!е — с выходом цилиндра 16, расположенног0 на диаметрально †противоположн стороне, при этом В один из них вклю-(ен обратный клапан IB и один выход, связанный с двумя входами гидравлического реле 14 времени, Гидравлические реле 14 времени выполнены в виде радиально расположенных силовых гидроцилиндров и состоят из поршня 47 с встроенными в него подпружиненным клапаном 48 и уплотнениями 49, поршня 50 с гнездом клапана 51 и уплот?(ениям?1 52, клапана 53 с уплотнениями 54 и радиальным отверстием 55. В клапане. 53 размещена регулировочная игла 56 с уплотнением 57. Гидравлическое реле 14 вре-, мени имеет двя входа, связанные с

13 прямои этом в один из них включен обратный клапан 19 и один выход, соединенный с исполнительным узлом 15.

Исполнительные узлы 15 выполнены в виде радиально расположенных силовых гидроцилиндров и включают в себя поршень 58 с уплотнениями 59 и имеет один вход, соединенный с выходом гидравлического реле 14 времени. Ход поршня 57 равен сумме ходов поршней

21 узла 10 центрирования и датчика 11.

Цилиндр 16 включает в себя поршень

60 с уплотнениями 61 и имеет один вход, связанный с выходом узла 12 обратной связи, и один выход, соединенньь(с тремя входами узла 13 прямой связи, расположенного в диаметральнопротивоположной стороне.

Устройство работает следующим образом.

1(ОО?1ыноч?1яя ж(!НкОсTb, прока !?!Бяе .".Ië! Оуро Вым(! нас c с Ям(! лО кОлО?(н " б с

pi! ÷üíûõ Г(>уб> 5 и забойноl (! д(((IГЯте

I лю g к забою скважнf!ii. рох:(ffi чер;сопло 7, создает няд:..Нм !золость 8 пов ILlpHHQI давления, я . 01 пим полость 9 разрежения.

Давление из полости 8 по трубопро10 волам 17 передается к центр!!руюг(!(м у 3 л я м 1 0 и од и 0 р 1!(е н ь 2 1 — и р о! 1 с х 0 д и т их ВыцВ! Iжениc! 11 це нтрирo Вя f!ив В е(>х забойного двигателя 4 относительно скваиlны к цатчи.,; .". I 1 !Iэд (101>1!!Р на

25 — происхоцит их Вь»(виже.—:.;;е и 101(готовка к работе, к узлу .? Обратной связи и через l!pocтря!(ство ь(е д> поршнями 35 и 36 этого y=-. Ia к ц.iл(. ндру

1 -, где давле?н!" Н лам(-: o -f:Io .f жидкости 0 fñ=pà= поршень 60 передается рабо- .åé

;.;:!gf o»ти,. я далее к тре f ахопям >зля

1 прямой свяэll расположе!i foÃo а ди яметраль?:о-протиаополо>хной стороне, и и этом од(н Вход перекрыт 05paт?ifff клапаном 18 второй; Ясположеff ме>(;дъ (.>

Q; f f (O т Н Е,; ?! Я Мl l 1:л (i O т> Ц 1 "; t>,. -!:(P P T,1 I

:,!е;-:;цу пор(11?!ями .0 и 4 1, РЯ-.!аежсн-,-. из пслости 9 пере,. Я ется по трубоl(роВодам 17 к пространству ме": fó уллс 30 нениями 37 поршня 35 узла !2 обратной связи, Забой?(ь(Й двигатель пр((от;ло1!еllии Оси скВяжине! 0Т Ве1>тикали под действием собствен (ой силы т.;;:;ести отклоняется в сторону, противополож35 ную отклонению оси скважины, и своей "нижней" стороной стремится лечь ня стенку скважины. И(риме::, напр(!!(ер, что ось скважины отклоняетсл От 1.ер.тикали больше заданной величины апра 0 ВО, тогда ьерх забойного двигателя

5удет отклоняться влево, при этом утяпливаются левые горше!Iü ?1 узла 10 центрирования и поршень 29 датчика

l1 который вытесняет из цилиндра 27 5 KHplcocòü под поршень 36 узла 12 05"

pàòí0é связи и под поршень 42 узла 13 прямой связи.

Поршни 35 и 36 узла 12 обратной связи, перемешаясь совместно, одно50 Временно перекрывают вход из полости

8 и открывают вход из полости 9. Разрежение, поступившее из полости 9,, удерживает в исходном положении поршень 60 левого цилиндра 16, я также

55 правые узлы 13 прямой связи, гидравлическое реле 14 времен!(и исполнительный узел 15.

Поршень 42 узла 13 прямой связи, перемещаясь совместно с поршнями 40

1559087 и 41, сжимает возвратную пружину 46 и открывает расположенный между уплотнениями 44 поршня 4 1 вход из правсгс цилиндра 16 жидкость из котоФ 5 рого поступает под поршень 41 — происходит самоблскировка узла 13 прямой связи, и в гидравлическое реле 14 времени под поршень 50, который, перемещаясь до упора, открывает клапан

53. Вслед эа. этим жидкость перетекает по осевому каналу поршня 50 и осевому каналу поршня 47, перемещая его до упора. Поршень 47 при своем перемеще ии перекрывает второй вход с включенным в него обратным клапаном

19. Затем жидкость поступает под поршень 58 исполнительного узла 15.

Поршень 58, выдвигаясь из корпуса 6 стабилизатора 2, упирается в стенку скважины и отклоняет верхнюю часть забойного двигателя 4 в сторону искривления скважины, т.е. вправо, при этом в соответствии с правилом рычага, опорой которого является цен- 25 тратор 1, на буровом долоте 3 создается усилие, компенсирующее отклоняющее усилие горной породы — осуществляется вывод оси скважины в вертикальное положение. 30

Отклонение верхней части забойного двигателя 4 происходит до срабатывания правого датчика 11 и вслед эа этим правого узла 12 обратной связи, при этом одновременно прекращается подача давления в правый цилиндр 16 — прекращается выдвижение поршня 58 левого исполнительного узла 15 и осуществляется соединение полости 9 разре- 40 жения с входом правого цилиндра 16, поршень 60 которого, возвращаясь в исходное положение, отсасывает рабочую жидкость из-под поршня 58 левого исполнительного узла: осуществляется разблокировка левого узла 13 прямой связи и поршень 5Î своим гнездом 51 перекрывает клапан 53 — происходит медленный переток рабочей жидкости через зазор между корпусом клапана 53 5О и регулировочной иглой 56, радиальное отверстие 55, вход узла 13 прямой связи, отжав обратный клапан 18, до тех пор, пока поршень 47 не откроет второй вход гидравлического реЛе 14 времени. После этого жидкость, отжав обратный клапан 19, начинает перетекать в правый цилиндр 16 более интенсивно °

Увеличение времени возвращения в исходное положение 58 исполнительного узла 15 необходимо для того, чтобы плоскость забоя под работающим долотом 3 заняла горизонтальное положение, что соответствует вертикальному положению оси скважины.

Если после возвращения поршня 58 исполнительного узла 15 и в исходное положение угол между осью скважины и вертикалью больше допустимого, то производится повторное включение стабилизатора 2 до вывода оси скважины в вертикальное положение.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет нести бурение при оптимальных режимах вертикальных скважин как глубоких, так и сверхглубоких.

Формула из о брет ения

Устройство для бурения вертикальных скважин, включающее расположенный над забойным двигателем стабилизатор, содержащий попарно установленные с диаметрально противоположных сторон его корпуса друг под другом исполнительные узлы и датчики, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности проводки ствола скважины, оно снабжено расположенным в полости Корпуса стабилизатора соплом, установленными в корпусе стабилизатора под каждым датчиком центрирующими узлами, расположенными со стороны каждой пары исполнительных узлов и датчиков, гидроцилиндром и гидравлическим реле времени с узлами прямой и обратной связи, причем центрирующие узлы, датчики, исполнительные узлы, гидравлические реле времени и узлы прямой и обратной связи выполнены в виде радиально расположенных силовых гидроцилиндров, каждый датчик гидравлически связан через узлы обратной и прямой связи гидравлического реле времени с расположенным выше исполнительным узлом, а также через узел обратной связи гидравлического реле времени и гидроцилиндр — с расположенными на диаметрально противоположной стороне корпуса стабилизатора узлом прямой связи гидравлического реле времени и исполнительным узлом, полость стабилизатора над соплом гидравлически связана с центрирующими узлами и датчиками, а полость под соплом — с узлами обратной связи гидравлических реле времени.

155908?

Составитель В.Родина

Техред П.Олийнык Корректор А.Обручар

Редактор А.Иотыль

Заказ 825 Тираж 479 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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