Автоматически управляемая бурильная труба для вращающихся буровых штанг буровых станков

 

Изобретение относится к бурению направленных скважин автоматически управляемой бурильной трубой, вращающейся буровыми штангами. Цель изобретения - повышение срока службы бурильной трубы за счет уменьшения элементов оборудования . Автоматически управляемая бурильная труба для вращающихся буровых штанг буровых станков содержит соединяемый с буровой штангой и буровым инструментом буровой вал с промывочным каналом и установленный на буровом валу с возможностью поворота вокруг него корпус, на котором расположены поворачиваемое снаружи управляющие планки, а в межтрубном пространстве размещены элементы гидростатических приводов, действующие на управляющие планки, и управляющее электронное и электрическое оборудование Потребная энергия вырабатывается вращательным движением при процессе бурения. Буровой вал имеет радиальный соединительный элемент для связи промывочного канала бурового вала с межтрубным пространством, а с обоих концов межтрубного пространства установлены ротационные возвратные клапаны. Межтрубное пространство служит резервуаром для рабочей жидкости гидравлической системы, образованной промывочным буровым раствором 2 з п. ф 4 ил сл С

союз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л Е 21 В 7/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР t > 092

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K ПАТЕНТУ (21) 4613403/03 (22) 18.01,89 (31) 88100657.1 (32) 19.01.88 (33) DE (46) 15.07.92, Бюл, ¹ 26 (71) Швинг Хюдраулик Электроник Гмбх унд

Ko (DE) (72) Мартин Вибе и Хайнц Валлусек (0Е) (53) 622.243.2(088.8) (56) Патент СССР ¹ 1356969, кл. Е 21 В

47/12, 1984. (54) АВТОМАТИЧЕСКИ УПРАВЛЯЕМАЯ БУРИЛЬНАЯ ТРУБА ДЛЯ ВРАЩАЮЩИХСЯ

БУРОВЫХ ШТАНГ БУРОВЫХ СТАНКОВ (57) Изобретение относится к бурению направленных скважин автоматически управляемой бурильной трубой, вращающейся буровыми штангами. Цель изобретения— повышение срока службы бурильной трубы за счет уменьшения элементов оборудования, Автоматически управляемая бурильная труба для вращающихся буровых штанг буИзобретение относится к бурению направленных скважин, а именно к автоматически управляемым вращающимся бурильным ставам, Известна автоматически управляемая бу. рильная труба вращающихся буровых штанг буровых станков, включающая внутренний буровой вал с промывочным каналом, связанный с последней буровой штангой вращающегося трубчатого бура и с буровым инструментом, установленный на буровом валу с возможностью поворота вокруг него и образующий с ним герметичную полость корпус, расположенные на нем разворачиваемые наружу управляющие

„„Я2„„1748657 А3 ровых станков содержит соединяемый с буровой штангой и буровым инструментом буровой вал с промывочным каналом и установленный на буровом валу с возможностью поворота вокруг него корпус, на котором расположены поворачиваем»е снаружи управляющие планки, э в межтрубном пространстве размещены элементы гидростэтических приводов, действующие на управляющие планки, и управляющее электронное и электрическое оборудование, Потребная энергия вырабатывается вращательным движением при процессе бурения. Буровой вал имеет радиальный соединительный элемент для связи промывочного канала бурового вала с межтрубным пространством, а с обоих концов межтрубного пространства устэновлейы ротационные возвратные клапаны. Межтрубное пространство служит резервуаром для рабочей жидкости гидравлической системы, образованной промывочным буровым раствором. 2 з.п, ф,. 4 ил, ф Q() планки с поршневыми приводами, расположенные в полости между валом и корпусом измерительные и контрольные приборы, гидронасос с приводом от бурового вала, электрогенератор, содержащий ротор, неподвижно связанный с буровым валом, им- (1 пульсный датчик давления, содержащий расположенный в радиальных каналах бурового вала подвижный поршень и уплотнения, установленные на концах корпуса в радиальном зазоре между торцовыми поверхностями корпуса и бурового вала.

Данная конструкция этих уплотнений из-за множества своих конструктивных эле1748657

35

50 ментов является дорогостоящей и ненадежной. Кроме того, герметиэирующего давления ротационных уплотнений недостаточно для высоких давлений промывочного бурового раствора, которые возникают в глубо ких скважинах, при углублении их на несколько сотен или даже тысяч метров, Последовательно герметизирующие кольца ротационных подшипников должны быть изолированы. Однако уже при небольших углублениях образуется клин смазочной жидкости между этими трущимися друг о друга поверхностями ротационных уплотнений. Даже при самой тщательной установке буровой вал и корпус выполняют радиальные движения, которые действуют также на поверхности ротациониых уплотнений взаимно уплотияющие и снабженные смазочным средством.

Благодаря этому мельчайшая буровая мелочь из промывочного бурового раствора затягивается в упомянутую часть со смазочным средством, Эти частицы абразивно действуют на полированные, трущиеся друг о друга поверхности ротационного уплотнения. В. результате это приводит к тому, что частицы буровой мелочи попадают между буровым валом и корпусом, Они за короткое время разрушают подшипник вала, а также генератор, гидронасосы и пластичные уплотнения поворотных конструкций, Повреждение или. разрушение этих частей особо опасно, поскольку из-за этого могут быть потери масла, служащего рабочей жидкостью, Общее количество имеющегося масла весьма мало, так что уже небольшие потери масла могут вывести из строя всю систему.

Кроме того, загрязнения масла приводят к значительным нарушениям а гидравлических узлах системы.

Если возникают такие нарушения, то с увеличением глубины они происходят во все более короткие проме>кутки времени. Они могут быть устранены только в демонтированном устройстве. Это предусматривает выведение всей трубчатой буровой штанги из скважины. Время, затраченное на выведение и на повторное введение трубчатой буровой штанги, приводит к простою а том случае, если оно по своей частоте не совпадает с временем, требующимся для замены использованного бурового инструмента, Целью изобретения является повышение срока службы бурильной трубы за счет уменьшения элементов оборудования, На фиг.1 схематически показана автоматически управляемая бурильная труба, общий аид; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг.

1, на фиг. 3 — аид Б на фиг,1; на фиг.4— система гидравлического управления бурильной трубой, Автоматически управляемая бурильная труба 1 (фиг, i) для вращающихся буровых штанг буровых станков имеет, буровой вал 2, который может быть посредством резьбовой головки, обычной при бурильных штангах установок для вращательного бурения, привинчена на конец последней бурильной штанги 3 вращающегося трубчатого бура. Буровой аал

2 имеет промывочный канал 4, доходящий до другого, большего в диаметре, конца 5 вала, so внутреннюю резьбу 6 которого входит резьбовая цапфа (не показана) бурового инструмента, состоящего из нескольких конических роликов с установленными на них резцами из твердого сплава, Буровой вал имеет радиальное отверстие 7 для связи промывочного канала 4 вала с полостью 8 между валом и корпусом

9. Снаружи на корпусе своими развернутыми ребровыми концами 10(фиг.1) установлены с возможностью поворота U-образные управляющие планки 11-14; расположенные со смещением в каждом случае на четверть круга, Корпус имеет окруженные

U 0áðàýíûìè профилями управляющих планок 11-14 выступы 15-18, которыми образованы камеры. В камере 19 (фиг,i) под защитой размещено управляющее электронное оборудование автоматического управления, В находящейся под ней камере 20 расположены крестообразно ориенти рованные инклин4метры 21, показывающие фактическую величину наклона бурильной штанги в скважине. В расположенной еще ниже камере установлен приводной поршень, связанный с каждой направляющей планкой, Ротор генератора 22, вырабатывающего электроэнергию, неподвижно. соединен с буровым валом 2 и работает в статоре

23, неподвижно установленном в корпусе, Гидравлический насос 24 размещен в камере межтрубного пространства, а гидравлический импульсный датчик 25 содержит расположенный в радиальных каналах 26 бурового вала подвижный поршень 27.

На обоих концах межтрубная полость 8 ротационными уплотнениями 28 и 29 герметично изолирована от промывочного бурового раствора, протекающего между корпусом 9 и боковой стенкой 30 буровой скважины. Между обоими ротационными уплотнениями 28 и 29 установлены радиальные подшипники 31 и 32 бурового вала 2.

Грязевой фильтр 33 вмонтирован в радиальное отверстие 7 (на фиг,4 условно показан рядом с отверстием 7).

B гидравлической системе (фи-.4) автоматического управления каждая планка свя1748657 зана с гидравлическим насосом. Она приводится в действие с помощью эксцентрика

34, который неподвижно закреплен на буровом валу 2 и через автономное кольцо 35 подшипника действует на поршень 36 насо. са, Радиальное отверстие 37 соединяет нагнетательную полость цилиндра насоса с межтрубной полостью 8, в которой находится чистый промывочный буровой раствор.

Возвратные клапаны 38 предохраняют нагнетательную полость насоса. Насос открывает электрически управляемый предварительно подпружиненный 2-3-позиционный перепускной клапан 39, через который нагружаются поршни 40 и 41 привода (фиг.1), связанные с противолежащими управляющими планками в качестве поворотных приводов;

Через защищенный возвратным клапаном байпасный трубопровод 42 предохраняется гидростатическая система.

Пластичные уплотнения 43,44 и 45 поворотных конструкций служат для предохранения обоих гидротрубопроводов 46 и 47, которые нагружают поршн импульсного датчика, Это происходит через соответстй ющий клапан 39, 2-3-позиционный перепускной клапан 48, который от пружинного пневматического аккумулятора 49 заполняется чистой пульпой, проводимой через ответвление 50 и перепускной клапан 51 гидравлическим компрессором.

Возвратные клапаны 28 и 29 установлены соответственно в радиальном зазоре 52 и 53 между торцовой поверхностью 54 и 55 корпуса 9 и соответственно торцами 56 и 57 бурового вала 2. При этом каждый клапан выполнен с уплотнительным кольцом 58, предварительно аксиально напряженным с помощью установленной в отверстии 59 нажимной пружины 60, размещенной в пазу

61 корпуса 9. Седлом клапана служит кольцевая поверхность 62 металлического кольца 63, которое неподвижно установлено в .каждом торце 56 и 57 бурового вала 2 в выполненном там пазу 64, Автоматически управляемая бурильная труба работает следующим образом, Бурильная труба приводится в действие от установленного вне буровой скважины бурового двигателя (станка), По мере углубления скважины в полость бурового вала подается промывочный буровой раствор, Гидравлическое разностное давление, преобладающее между промывочным буровым, раствором в, промывном канале 5ypoeot.о вала и промывочным буровым p:":.:с.твором на соответствующем конце корпуса, путем ответвления части потока поступающей пульпы через радиальное отверстие 7 служит для предотвращения проникновения за5

50 грязненной пульпы из скважины в межтрубное пространство, В то же время этот перепад давления относительно небольшой, так что перед и позади возвратного клапана. разделяющего чистый промывочный буровой раствор и загрязненный промывочный буровой раствор, также преобладают незначительные разностные давления, что благоприятно влияет на работу клапанов.

Межтрубное пространство остается наполненным жидкостью и с этим пространством связана каналом нэгнетательная полость гидронасоса, а рабочая его полость через клапаны связана трубопроводами с поршнями привода управляющих планок и торцами поршня импульсного датчика, В рабочем режиме в соответствии с поступающими от инклинометров 21 сигналами управляющие планки 11-14 разворачиваются и благодаря этому. удерживают бурильную трубу 1 в заданном направлении бурения.

Электронное оборудование преобразует измеренные величины в электрические или гидравлические сигналы, преобразуемые перепускными клапанами гидравлической системы или принимаемые импульсными датчиками. Импульсный датчик изменяет поперечное сечение промывного канала и тем самым создает в промывочном буровом растворе разностное давление, считываемое B устье скважины и преобразуемое в цифроьч-ie значения, Трущиеся друг одруга,поверхности ко-лец из-за направленного изнутри наружу перепада давления служа г в качестве грязеотводов. Благодаоя клиновидной форме щели уплотнения соотношения площадей колец выбраны таким образом, что кольцевые поверхности от внутреннего давления, прсобладающего в межтрубном пространстве, расходятся относительно друг друга кэк только внутреннее давление становится больше наружного давления. Поэтому промывочный буровой раствор может преодолевать кольцевые поверхности снаружи, однако обратный сток исключен

Формула изобретения

1, Автоматическая управляемая бурильная труба для вращ.- ющихся буровь.х штанг буровых станков, включающая внутренний буровой вал с промывсчным каналом, связанный с последней буровой штангой вращающегося трубчатого бура и с буровым инструментом, установленный на буровом

55 валу с возможностью поворота вокруг нсго

1 и образующий с ним герметичную полость корпус, расположенные на мем и разворачиваемые наружу управляющие планки с поршневыми приводами, расположенные в полосги между валом и корпусом иэмери1748657.тельные и контрольные приборы, гидронасос с приводом от бурового вала, злектрогенератор, содержащий ротор, неподвижно связанный с буровым валом, импульсный датчик давления, содержащий расположен- 5 ный в радиальных каналах бурового вала подвижный поршень и уплотнения, установленные на концах корпуса в радиальном зазоре между торцовыми поверхностями корпуса и бурового вала, о т л и ч а ю щ а я- 10 с я тем, что, с целью повышения срока слух<бы эа счет уменьшения элементов оборудования, буровой вал выполнен с радиальным отверстием для связи полости вала с полостью между валом и корпусом, нагнетатель- 15 ная полость гидронасоса связана каналом с указанной полостью, а рабочая полость гидронасоса через клапаны связана трубопроводами с поршнями привода управляющих планок и торцами поршня импульсного датчика, причем уплотнения выполнены в виде возвратных клапанов, 2, Труба по п,1, отличающаяся тем, что она снабжена фильтром, установленным в радиальном отверстии бурового вала.

3. Труба по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ а я-, с я тем, что возвратные клапаны выполнены в виде предварительно напряженного кольцевого уплотнительного элемента и седла в виде металлического кольца, а торцы вала и корпуса имеют кольцевые проточки для размещения уплотнительного элемента и седла.

1748657