Шарнирное соединение бурильных труб

 

Использование: при бурении сильно искривленных скважин с применением забойных двигателей. Сущность изобретения: бурильные трубы над забойным двигателем связаны между собой шарнирным соединением, включающим корпус с наружной и внутренней торцевой сферической поверхностями, соединительную втулку со сферической поверхностью, ответной сферической наружной поверхности корпуса и расположенный в полости корпуса двуплечий рычаг с цапфами. Одно плечо рычага разъемно связано с соединительной втулкой, а другое имеет опорную боковую поверхность. На наружной сферической поверхности корпуса и двуплечего рычага установлены уплотнительные элементы. 5 ил.

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при бурении интенсивно искривленных скважин с применением гидравлических забойных двигателей, расположенных над долотом.

Известно устройство для ориентированного бурения вращающейся бурильной колонной, включающее отклонитель с породоразрушающим инструментом, установленные над ним секции бурильных труб, связанные по торцам между собой сферическими шарнирными узлами с ограничителями перекоса, установленными по одной образующей секции бурильных труб [1].

Его длина находится в зависимости от чувствительности измерителя крутящего момента; при вращении устройства трубы с шарнирными узлами находятся под действием циклических ударно-изгибающих нагрузок, что ускоряет износ в соединениях; применение сферических шарнирных узлов делает возможным перекос сопредельных труб в различных направлениях, кроме направления ограничителей перекоса, что затрудняет управление траекторией; ограничители перекосов установлены во внешней среде, что ведет к механическим загрязнениям их опорных поверхностей, ограничению и потере подвижности шарниров, заклиниванию колонны в скважине.

Перечисленные недостатки снижают надежность известного устройства.

Известно устройство, представляющее собой отклоняющий бурильный инструмент, содержащий неориентированный шарнир, соединяющий корпус долота с вращающейся бурильной колонной [2] . Шарнир содержит трубчатые секции со сферическими поверхностями на обращенных друг к другу торцах, ограничители поворота, уплотнительные элементы.

Сферический шарнирный узел предопределить перекос трубчатых секций в произвольных направлениях, что затрудняет управление траекторией при вращении бурильной колонны.

Недостатками известного устройства являются наличие отклоняющего и фиксирующего устройств в шарнире, создающее опасность заклинивания бурильной колонны, возникновения аварийных ситуаций - недостаточная надежность и конструктивная сложность.

Целью изобретения является упрощение конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в шарнирном соединении бурильных труб, включающем корпус с наружной и внутренней торцевыми сферическими поверхностями, соединительную втулку с наружной торцевой сферической поверхностью, ответной наружной поверхности корпуса, расположенный в полости корпуса и связанный с соединительной втулкой полый хвостовик со сферической торцевой поверхностью, ответной внутренней сферической поверхности корпуса, диаметрально расположенные фиксирующие элементы, связывающие корпус и хвостовик с возможностью их относительного поворота и уплотнительные элементы, полый хвостовик выполнен в виде двуплечего рычага, одно плечо последнего связано разъемно с соединительной втулкой, другое выполнено с опорной боковой поверхностью, причем корпус имеет ответную ей поверхность, фиксирующие элементы выполнены в виде цапф, а уплотнительные элементы расположены на наружных сферических поверхностях корпуса и двуплечего рычага.

На фиг. 1 представлена колонная бурильных труб, связанных между собой цилиндрическими шарнирами; на фиг. 2 - шарнирное соединение бурильных труб в разрезе, на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 и 5 - поперечные разрезы фиг. 2 и фиг. 3.

Колонна бурильных труб (см. фиг. 1) состоит из труб 1, связанных шарнирными соединениями. По концам каждой трубы расположены с одной стороны корпус шарнира 2, а с другой - соединительная втулка 3. В корпусе шарнира 2 установлен на цапфах 4 полый хвостовик, выполненный в виде двуплечего рычага 5 (см. фиг. 2, 3). Одно плечо рычага 5 связано с соединительной втулкой 3 замком 6, другое плечо, находящееся внутри корпуса 2, имеет боковую опорную поверхность 7, ограничивающую поворот рычага на цапфах до упора в ответную боковую поверхность корпуса, определяющую величину перекоса сопредельных труб. Свободное плечо рычага 5 и корпус 2 соприкасаются сферическими торцами 8 с уплотнительным кольцом 9. Корпус шарнира 2 и соединительная втулка 3 соприкасаются сферическими торцами 10 с уплотнительным кольцом 11. Сферические торцы 8 и 10 имеют радиусы сфер с центром в точке пересечения оси цапф 4 с осью трубы 1. Длина труб 1 выбирается в зависимости от проектного радиуса искривления и диаметра ствола скважины.

При бурении искривленной скважины колонна с шарнирными соединениями следует по траектории за присоединенными долотом и забойным двигателем, по ее центральному каналу осуществляется прокачка промывочной жидкости, при этом полость корпуса шарнира 2, в которой размещено свободное плечо рычага 5 с опорной поверхностью 7, изолируется уплотнительными кольцами 9, 11 от попадания жидкости и механических загрязнений как из внутритрубного, так и из затрубного пространства, тем самым обеспечивается беспрепятственный поворот рычага 5 на цапфах 4, перекос или возврат в прямолинейное положение сопредельных труб, в результате повышается надежность работы шарнирного соединения.

Предложенное устройство упрощает конструкцию, повышает надежность шарнирных соединений бурильной колонны и снижает затраты при бурении искривленных скважин с малым радиусом кривизны при невращающейся бурильной колонне и размещении забойного двигателя впереди колонны.

Формула изобретения

ШАРНИРНОЕ СОЕДИНЕНИЕ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ, включающее корпус с наружной и внутренней торцевыми сферическими поверхностями, соединительную втулку с наружной торцевой сферической поверхностью, ответной наружной сферической поверхности корпуса, расположенный в полости корпуса и связанный с соединительной втулкой полый хвостовик со сферической торцевой поверхностью, ответной внутренней сферической поверхности корпуса, диаметрально расположенные фиксирующие элементы, связывающие корпус и хвостовик с возможностью их относительного поворота, и уплотнительные элементы, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции, полый хвостовик выполнен в виде двуплечего рычага, одно плечо которого связано разъемно с соединительной втулкой, другое выполнено с опорной боковой поверхностью, причем корпус имеет ответную ей поверхность, фиксирующие элементы выполнены в виде цапф, а уплотнительные элементы расположены на наружных сферических поверхностях корпуса и двуплечего рачага.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5