Стабилизатор для направленного бурения скважин

 

Использование: для проводки горизонтальных участков скважин. Сущность изобретения: в корпусе стабилизатора установлены выдвижные колодки, связанные с гидрокамерами . На входе каждой из гидрокамер установлен клапан, включаемый в работу автономным механизмом управления, содержащим цилиндрическую камеру, запол2 ненную двумя несмешивающимися жидкостями различной плотности. В полости камер установлен цилиндрический поплавок со смещенной осью центров тяжести сечений по отношению его геометрической оси. В процессе проводки горизонтального участка скважины под действием давления промывочной жидкости происходит перемещение цилиндрических поплавков в камере с двумя жидкостями. Одни поплавки торцами упираются в торцы переводника, а другие , находящиеся в секторе, ограниченном 45° по обе стороны вертикальной плоскости , проходящей через ось скважины в верхней части устройства в. восстающей скважине и в нижней части устройств в нисходящей скважине, своими профильными концами пройдут через профильную прорезь переводника и обеспечат включение в работу соответствующие гидрокамеры. 1 з.п. ф-лы, 8 ил. fc

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 7/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕД()МСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Ы (21) 4913446/03 (22) 01,02.91 (46) Р0.08.93, Бюл. t+ 32 (72) М.Н.Григорьев, В,И.Игревский и Т,M. Григорьева (73) М.Н.Григорьев (56) патент США N 4407377, кл. Е 21 В 7/00, 1983, Двторское свидетельство СССР

O 1661346, кл. Е 21 B 7/08, 1988, (54)СТАБИЛИЗАТОРДЛЯ НАГ1РАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН (57) Использование: для проводки горизонтальных участков скважин. Сущность изобретения: в корпусе стабилизатора установлены выдвижные колодки, связанные с гидрокамерами. На входе каждой из гидрокамер установлен клапан, включаемый в работу автономным механизмом управления, содержащим цилиндрическую камеру, эаполИзобретение относится к области буровой техники, а конкретно к техническим средствам по поддержанию заданного направления ствола бурящейся скважины в пространственных координатах, Цель изобретения — обеспечение с помощью его применения стабилизации направления бурения скважины в горизонтальной плоскости, повышение точности проводки стволов скважин с большим зенитным углом (приближающемуся к горизонтали),. снижение трудовых и материальных затрат на этом виде буровых работ.

На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого стабилизатора с использование забойных двигателей; на фиг,2 — то же

5U 1838566 А3 ненную двумя несмешивающимися жидкостями различной плотности. В полости камер установлен цилиндрический поплавок со смещенной осью центров тяжести сечений по отношению его геометрической оси.

В процессе проводки горизонтального.участка скважины под действием давления промывочной жидкости происходит перемещение цилиндрических поплавков в камере с двумя жидкостями. Одни поплавки торцами упираются в торцы переводника, а другие, находящиеся в секторе, ограниченном

45 по. обе стороны вертикальной плоскости, проходящей через ocb скважины в верхней части устройства в, восстающей скважине и в нижней части устройств в нисходящей скважине, своими профильными концами пройдут через профильную прорезь переводника и обеспечат включение в работу соответствующие гидрокамеры. 1 з.п. ф-лы, 8 ил. для бурения роторным способои и забойными двигателями.

Стабилизатор с использованием забойных двигателей состоит иэ корпуса 1, на котором смонтированы восемь корректирующих опорных колодок 2, восемь силовых гидрокамер 3; соединенных трубками 4 с индивидуальными устройствами подачи жидкости в гидрокамеры, состоящими иэ клапанных коробок 5 и механизмов управления клапанами 6. Механизм управления клапанами изображен на фиг.3, клапанная коробка изображена на фиг.4. Корпус 1 через толстостенную трубу 7 соединяется с переводником 8, который на верхнем конце имеет резьбу для соединения с УБТ или цен1838566 тратором (на рисунке не показано). Корпус 1 на нижнем конце имеет резьбу 9 для соединения с корпусом забойного двигателя.

Стабилизатор для направленного бурения скважин роторным способом и забойными двигзтелями состоит иэ корпуса 10, бурового вала 11, переводников 12,14, радиально-аксиальных подшипников 15,16 и радиальных подшипников 17,18. смонтированных в муфтах 19 и 20, восьми корректирующих колодок 21, количество колодок и . механизмов управления ими может быть различным, восьми силовых гидрокамер 22, которые трубками 23 соединены с восемью 15 клапанными коробками 24 и механизмами управления клапанами 25, Механизм управления клапанами для обеих вариантов стабилизатора одной и той хсе конструкции состоит из: цилиндрическо- 20

ro корпуса 26, поплавка 27, диаметрально противоположные половины которого вы. rlollH8Hbl из материалов различной плотности, в результате чего центр тяжести его . сечения значительно смещен по отношению геометрического центра, Геометрический центр по длине и центр тяжести поплавка находится на суженном участке-выточке 28 в месте соединения двух его половин. Этой выточкой поплавок свободно с зазором за- 30 фиксирован в днище полэуна 29. Ползун с одной стороны йоджат пружиной 30, С другой стороны ползун через шайбу 31 упирается в поршень 32, который установлен в крышке-цилиндре 33. В крышке-цилиндре 35 просверлен канал 34, через который поступает буровой раствор и под его давлением поршень 32 передвигает ползун 26 и поплавок 27. С другого конца цилиндрический корпус 26 ввинчен переводник 35, внутри 40 которого установлен шток 36, передвигающий движение от поплавка 27 к клапанам 37 и 38. На штоке установлены два резиновых манжета предупреждающие переток жидкости иэ поплавковой камеры 39 в буриль- 45 ные трубы и наоборот, Поплзвковая камера 39 заполняется двумя не смешивающимися жидкостями с кратной разницей их удельных весов.с таким . расчетом, чтобы поверхность их раздела при 50 горизонтальном расположении IlorlAGBKOвой камеры (мехзнизма управления) совпадала с плоскостью проходящей через ее осевую линию, Клапаннзя коробка фиг. 4 состоит из 55 цельно-металлического корпуса 40, в котором просверлены каналы для подачи бурового раствора в гидрокамеры 41 и вывода из них в затрубное пространство 42. В корпусе на одном штоке смонтированы выпускной клапан 37 и выпускной клапаЪТ38.

С одной стороны в корпус клапанной коробки ввинчивается переводник 35 механизма управления, с другой фильтр 43 для пропуска бурового раствора из колонны бурильных труб в клапанную коробку трубка

44 для подачи раствора в гидрокамеры и трубка 45 для крепления клапанной коробки и корпуск центратора и вывода раствора из гидрокамер в затрубное пространство скважины, Шток с клапанами 37-38 поджат пружиной 46. а нажимной шток 36 поджат пружиной 47. Эта пружина необходима для сохранения размеров зазора, обеспечивающего длину холостого хода поплавка до соприкос новения со шт.оком или верхнем срезом переводника 35;

Работает стабилизатор следующим образом.

Работа стабилизатора основана на физических явлениях:

1. Поверхность разделения двух не смешивающихся жидкостей различной плотности всегда занимает горизонтальное поло>кение, 2. Плоскость, проведенная через геометрическую ось и ось центров тяжести сечений, плавающего цилиндрического тела со смещением центра тяжести, всегда занимает вертикальное положение.

Исходя из сказанного, поплавок 27, продольные половинки которого изготовлены из материалов различной плотности, в поплавковой камере, заполненной двумя жидкостями также различной плотности, всегда занимает горизонтальное положение; а плоская большая грань его кончика, как показано на рисунках 5,6,7,8 всегда параллельна вертикальной плоскости, проходящей через ось поплавка и ось корпуса механизма управления.

На фиг.5 и 6 показаны-положения поплавков относительно корпусов механизмов управления и штоков 36, передающих движение к клапанам. На фиг.5 направление забоя скважины отклоняется вверх от горизонтальной плоскости, а на фиг.6— вниз. Двойнойлинией Г-Г показано положение горизонтальной плоскости (проекции направления скважины на горизонтальную плоскость), а линиейС-С показано расположение оси скважины относительно горизонтальной плоскости, Осевая линия поплавка остается параллельной горизонту, осевая линия корпуса механизма управления следует параллельно оси скважины. В результате в восстающей скважине передние концы поплавков опускаются относительно корпуса вниз фиг.5. а в погружающейся скважине фиг.6 передние концы поплавков

1838566 относительно корпусов механизмов поднимаются вверх.

На фиг.7 показаны три положения механь зма управления клапанами по сечению

А- А фиг.5, в зоне соприкосновения конца поплавка со штоком 36, При установке в конструкции стабилизатора восьми корректирующих опорных колодок и к ним восьми и ханизмов управления угол сектора между и ми составит 45О. В положении, фиг.7, м ханиэм управления находится в плоскос и перпендикулярной к горизонтальной оскости, в центре сектора ограниченного

-ю градусами. На фиг.5 и 6 механизма

10 кже находятся в перпендикулярных пло- 15 остях только левые механизмы находятся

В, верхней части устройства, а правые — в йфжней части устройства. В точках II u lll

И казаны два крайних положения механизМр за пределами которых невозможно 20 включение клапанов, т.к, плоский конец пои газка (показан на фиг.8) не сможет зонги а одностороннюю прорезь переводника 35 и нажать на конец штока 36. Во всех других положениях конец поплавка упрется в то- 25 р ц(бурт) переводника 35 в центре которого утоплен против среза конец штока 36, Ta

IlllocKocTM, проходящей через ось скважины в верхней части устройства в восстающей скважине рис.5 и в нижней части устройства вниз падающей скважине фиг.6. Размеры 35 сектора возможного включения коррекционного узла можно ограничить и меньшим углом (например, в 25 — 30 ) размерами прорези в торце штока, но при этом возможны случаи, когда не включится ни один из меха- 40 низмов управления, так как между ними 45 ь| сектор включения (25 — 30 ) попадает между двумя механизмами управления.

Проследим порядок работы отдельных узлов стабилизатора. Стабилизатор для бу- 45 рения горизонтальных скважин включается в компоновку низа бурильной колонны нег осредственно над долотом или над забой»ым двигателем (e зависимости от способа одурения) после доведения забойного участ- 50 ка ствола скважины до 5-10 угла наклона к горизонту существующими способами и меХаниэмами проводки наклонно-направлен»ых скважин. Спустив на забой бурильную колонну и зафиксировав ведущую трубу и 55 ротор, включаем буровые насосы. Под давлением перепада давления на турбсбуре или долоте жидкость поступает через отверстие 34, в механизма управления, фиг.3.

Поршень 32 через шайбу 31 двигает ползун

29, ползун за выточку 28 двигает поплавок

27 вперед, Это происходит однопременно во всех восьми механизмах управления.

Жидкость, выдавливаемая иэ поплавковой камеры 39 поршнем 32 давит и двигает вперед шток 36, выбирая холостой ход (зазор между штоком 36 и головкой штока клапанов), Выбрав холостой ход, все.поплавки, кроме поплавка, находящегося в верхнем секторе, восстающей скважины фиг.5, и нижнем секторе ниспадающей скважины фиг.б, упираются своими концами в торец (буртик) переводника 35 и останавливаются.

Поплавки, механизмов управления, находящиеся в верхнем секторе фиг.5, и в нижнем секторе фиг.б, своими узкими концами входят в прорези переводников 35, фиг.3 и продолжая движение вперед нажимают на штоки и открывают клапаны 37 фиг.4, закрывая клапаны 38, Буровой раствор иэ бурильных труб пройдя фильтр 43, открытый клапан 37 и трубки 44 (фиг,4) и 4 фиг,1 или трубы 23 фиг.2, поступает в гидрокамеры 2 фиг.1 или 21 фиг.2. Гидрокамеры наполняясь раствором, выдвигают опорные корректирующие колодки. Колодки фиксируют устройство от и роворачивания в скважине и прилагают усилие к долоту для выведения ствола скважины на горизонтальное направление. Так как на колодках насечены продольные зубцы, они препятствуют провороту, но не мешают устройству продвигаться вслед эа долотом. Пробурив несколько метров (5 —.10 м) циркуляция по скважине останавливается на несколько секунд, до выравнивания давления в трубках и эатрубном пространстве. Механизм управления в стабилизаторе приходит в исходное состояние: пружины, все штоки и клапаны передвигаюг назад. Жидкость из гидрокамер выходит в затрубное пространство. Опорные колодки освобождают инструмент. Это необходймо делать на случай, если в процессе работы колодки постепенно проскользнули на некоторый угол. Затем вновь циркуляция восстанавливается и цикл повторяется. В зависимости от геологических условий через определенный интервал бурения проводятся инклинометрические работы существующими методами для наклонно-направленного горизонтального бурения.

Формула изобретения

1. Стабилизатор для направленного бурения скважин, включающий корпус, опорные колодки, установленные на силовых гидрокамерах, клапанный узел, связывающий полость каждого иэ силовых гидрокамер с механизмом их управления, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью обеспечения

1838566 бурения горизонтального -участка скважины, механизм управления выполнен в виде установленной над каждым иэ клапанов цилиндрической камеры, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями различной плотности, и размещенного в ней цилиндрического поплавка с профильным сечением на нижнем конце и со смещенной осью центров тяжести сечений по отношению к его геометрической оси, причем в верхней части цилиндрическая камера имеет установленный с возможностью взаимодействия с поплавком поршень, наружная поверхнос гь которого гидравлически связана с полостью корпуса, а в нижней части цилиндрическая камера имеет пераводник с прорезью для размещения профильного конца поплавка в рабочем положении гидрокамеры.

5 2. Стабилизатор no n.1, о т л и ч а юшийся тем, что он снабжен установленным между клапаном и цилиндрической камерой подпру>киненным поршнем со штоками по концам, причем один из штоков

10 размещен в осевом отверстии переводника цилиндрической камеры с возможностью взаимодействия с профильным концом поплавка, а другой шток поршня установлен с возможностью взаимодействия с клапа15 ном, 18385б6

1838566

Составитель М. Григорьев

Техред M. Моргентал Корректор С. Пекарь

Редактор

Заказ 2913 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного. комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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