Управляемый отклонитель для направленного бурения скважин

 

Использование: для направленного бурения скважин забойными двигателями. Сущность изобретения: отклонитель содержит направляющую штангу с долотом и опорно-центрирующим элементом, шарнирную муфту, связывающую вал забойного двигателя и направляющую штангу, и упругий децентратор, установленный на статоре забойного двигателя над шарнирной муфтой. Отклонитель имеет на верхней части передвижной центратор, установленный над ним ограничитель перемещения центратора со средством его фиксации от проворота в одном из окружных направлений и расположенный на участке, прилегающем к верхнему торцу децентратора узел фиксации центратора в нижнем положении. Упругие пластины центратора имеют жесткость больше жесткости упругих пластин децентратора, что обеспечивает отключение последнего от работы при нижнем положении центратора. Контроль за положением передвижного центратора осуществляется по сигналам, передаваемым на поверхность средствами информации от датчиков, установленных между узлом фиксации и ограничителем перемещения центратора. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для направленного бурения скважин забойными двигателями преимущественно в перемежающихся по твердости пластах горных пород.

Известен управляемый отклонитель для направленного бурения скважин, включающий направляющую штангу с долотом и опорно-центрирующим элементом, забойный двигатель, шарнирную муфту или гибкое звено, связывающее вал забойного двигателя и направляющую штангу, установленный над шарнирной муфтой и связанный со статорной системой двигателя упругий децентратор и расположенный над ним на верхнем конце отклонителя центратор.

Недостатком указанного отклонителя является то, что он не обеспечивает возможность направленного бурения скважин с достаточной точностью заданной величины азимута, так как смещение центра шарнирной муфты происходит под действием реактивного момента двигателя, величина которого в процессе бурения изменяется в широких пределах в зависимости от множества факторов.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей и повышение надежности.

Для этого управляемый отклонитель для направленного бурения скважин, включающий направляющую штангу с долотом и опорно-центрирующим элементом, забойный двигатель, шарнирную муфту или гибкое звено, связывающее вал забойного двигателя и направляющую штангу, установленный над шарнирной муфтой и связанный со статорной системой двигателя упругий децентратор и расположенный над ним на верхнем конце отклонителя центратор, снабжен расположенным на участке, прилегающем к верхнему торцу упругого децентратора узлом фиксации центратора в нижнем положении и ограничителем перемещения центратора вверх со средством фиксации последнего от проворота в одном из окружных направлений, а центратор свободно установлен между узлом фиксации и ограничителем перемещения и выполнен в виде связанных дугообразными упругими пластинами верхнего кольца и нижнего кольца с прорезями со стороны его наружного торца, причем упругие пластины центратора имеют жесткость, больше жесткости упругих пластин децентратора.

Кроме того, управляемый отклонитель снабжен системой измерения параметров положения центратора, связанными с ней средствами передачи информации на поверхность и датчиками, установленными между узлом фиксации и ограничителем перемещения центратора.

На фиг.1 схематично изображен управляемый отклонитель; на фиг.2 - передвижной центратор управляемого отклонителя.

Управляемый отклонитель содержит направляющую штангу 1 с долотом 2 и опорно-центрирующим элементом 3. Вал 4 забойного двигателя 5 связан с направляющей штангой 1 посредством шарнирной муфты 6 или гибкого звена. Над муфтой 6 установлен упругий децентратор 7, связанный со статорной системой двигателя 5. Передвижной центратор 8 содержит нижнее 9 и верхнее 10 кольца, связанные дугообразными упругими пластинами 11. Кольцо 9 имеет резьбу 12 на внутренней поверхности и продольные прорези 13 со стороны наружного торца, образующие сегментообразные пластины 14. Непосредственно над децентратором 7 размещен узел фиксации центратора 8 в нижнем положении от осевого перемещения, выполненный в виде переводника 15 с наружной резьбой, соответствующей резьбе кольца 9 и имеющей направление витков, совпадающее с направлением вращения вала 4. На верхнем конце отклонителя установлен ограничитель 16 перемещения центратора 8 вверх. Ограничитель 16 связан со статорной системой двигателя 5 и имеет средство фиксации для предотвращения проворота центратора 8 в направлении вращения вала 4, выполненное в виде косых торцевых зубцов 17 для взаимодействия с ответными им косыми торцевыми зубцами 18 на внешнем торце кольца 10. Над двигателем 5 размещена система 19 измерения параметров положения отклонителя в пространстве. Ее нижний 20 и верхний 21 датчики контролируют положение центратора 8. Система 19 и датчики 20 и 21 подключены к каналу (не показан) передачи информации на поверхность.

Управляемый отклонитель работает следующим образом.

При бурении искривленного участка скважины опорно-центрирующий элемент 3 удерживает долото 2 в центре поперечного сечения ствола скважины, а децентратор 7 смещает верхний конец направляющей штанги 1 с шарнирной муфтой 6 к стенке скважины, противоположной заданному направлению искривления скважины, и удерживает верхний конец направляющей штанги 1 в данном положении в процессе бурения. При этом передвижной центратор 8 находится в верхнем положении 8 ограничителя 16, к которому прижимается осевой составляющей силы трения, возникающей в месте контакта дугообразных упругих пластин 11 со стенками скважины при поступательном движении отклонителя в процессе углубления скважины. Благодаря наличию косых торцовых зубцов 17, ограничивающих поворот передвижного центратора 8 относительно статорной системы забойного двигателя 5 с закрепленным на нем децентратором 7, реактивный момент, направленный на вращение статорной системы забойного двигателя 5 компенсируется моментом сил трения, возникающих в месте контакта упругих пластин 11 центратора 8 со стенками скважины, т.е. в верхнем положении передвижной центратор 8 работает в режиме компенсатора реактивного момента, обеспечивающего повышение точности проводки скважины.

Изменение направления искривления скважины осуществляется путем поворота вправо бурильной колонны 22, связанной через статорную систему забойного двигателя 5 с децентратором 7. При повороте колонны 22 вправо, торцовые зубцы 17 обеспечивают раскрепление ограничителя 16 с центратором 8, что способствует улучшению управляемости отклонителя. Параметры, характеризующие положение отклонителя в пространстве в процессе бурения от системы 19 по каналу связи передаются на поверхность.

Наращивание инструмента в процессе искривления скважины рекомендуется осуществлять трубами, длина которых меньше расстояния от ограничителя 16 до переводника 15 на величину, большую длины передвижного центратора 8, что предотвращает возможность фиксации последнего в нижнем положении.

Бурение участков стабилизации производят при зафиксированном в нижнем положении передвижном центраторе 8. Для перевода центратора 8 в нижнее положение инструмент приподнимают от забоя на высоту большую, чем расстояние от ограничителя 16 до переводника 15. При этом пластины 14 отгибаются в пределах упругих деформаций и резьба 12 входит в зацепление с резьбой переводника 15, что обеспечивает фиксацию передвижного центратора 8 в нижнем положении.

Благодаря тому, что упругие пластины 11 центратора 8 существенно более жесткие, чем упругие пластины децентратора 7, при нижнем положении центратора 8 муфта 6 с верхним концом направляющей штанги 1 удерживается в центре поперечного сечения ствола скважины также, как и долото 2 с опорно-центрирующим элементом 3.

Для перевода центратора 8 в исходное верхнее положение отклонитель приподнимают над забоем на величину, не меньшую расстояния между ограничителем 16 и переводником 15, проворачивают инструмент ротором буровой установки вправо на число оборотов, большее количества витков соединительной резьбы переводника 15 и центратора 8, а после свинчивания центратора 8, спускают отклонитель снова на забой скважины. При этом, благодаря превышению силы трения между стенками скважины и упругими пластинами 11 центратора 8 над силами трения между его кольцами 9 и 10 и элементами 5 и 19 отклонителя, оставаясь неподвижным относительно стенок скважины, передвижной центратор 8 переместится относительно отклонителя вверх до ограничителя 16.

Место положения передвижного центратора 8 на отклонителе определяется по показаниям нижнего 20 и верхнего 21 датчиков положения, которые передаются по каналу передачи информации.

Поступление последовательных сигналов с датчиков 20 и 21 означает, что центратор 8 находится в нижнем положении, а при последовательности поступления двух последних сигналов с датчиков 20 и 21 означает, что центратор 8 находится в верхнем положении. Если последние два сигнала поступили от одного и того же датчика 20 или 21, то это означает, что центратор 8 находится между этими датчиками.

Применение управляемого отклонителя с передвижным центратором расширяет его технологические возможности и повышает надежность работы.

Формула изобретения

1. УПРАВЛЯЕМЫЙ ОТКЛОНИТЕЛЬ ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН, включающий направляющую штангу с долотом и опорно-центрирующим элементом, забойный двигатель, шарнирную муфту или гибкое звено, связывающее вал забойного двигателя и направляющую штангу, установленный над шарнирной муфтой и связанный со статорной системой двигателя упругий децентратор и расположенный над ним на верхнем конце отклонителя центратор, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей и повышения надежности, он снабжен расположенным на участке, прилегающем к верхнему торцу упругого децентратора, узлом фиксации центратора в нижнем положении и ограничителем перемещения центратора вверх со средством фиксации последнего от проворота в одном из окружных направлений, а центратор свободно установлен между узлом фиксации и ограничителем перемещения и выполнен в виде связанных дугообразными упругими пластинами верхнего кольца и нижнего кольца с прорезями со стороны его наружного торца, причем упругие пластины центратора имеют жесткость больше жесткости упругих пластин децентратора.

2. Отклонитель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен системой измерения параметров положения центратора, связанными с ней средствами передачи информации на поверхность и датчиками, установленными между узлом фиксации и ограничителем перемещения центратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2