Отклонитель бурового инструмента

 

Использование: для бурения переходного криволинейного интервала малого радиуса наклонно-направленных и горизонтальных скважин. Сущность изобретения: отклонитель содержит три секции перекошенные в одной плоскости. В одном из перекосов две нижние секции образуют жесткий функциональный задающий направление искривления угол α, который может быть увеличен на величину, не превышающую arcsin D_д-d_с/L_ср.с,, а две верхние секции имеют возможность качания относительно друг друга в противоположные от их общей оси стороны и образуют функциональный вспомогательный угол β и дополнительный транспортный угол g, который больше или равен arcsin D_д-d_с/L_ср.с,, где D_д - диаметр долота, d_с - диаметр секций, L_ср.с. - длина средней секции. Отклонитель обеспечивает возможность увеличения задающего угла при сохранении в транспортном положении проходной способности отклонителя через прямолинейный ствол скважины. 5 ил.

Изобретение относится к области бурения и предназначено для бурения переходного криволинейного интервала малого радиуса наклонно-направленных и горизонтальных скважин. Известен отклонитель бурового инструмента, состоящий из трех последовательно соединенных между собой с двумя перекосами трубчатых секций, образующих в перекосах задающий и вспомогательный углы, расположенные в одной плоскости, (см. "Справочник инженера по бурению" под ред. В. И. Мишевича и Н.А. Сидорова, т. 2 М. Недра, 1973, с.3 рис. 4/.

Недостатком такого отклонителя является спад интенсивности искривления криволинейного переходного интервала по мере роста его длины, т.к. по мере продвижения отклонителя по переходному интервалу его верх нее колено открывается от стенки скважины, отклонитель теряет дополнительную опору и угол отклонения уменьшается.

Известен отклонитель бурового инструмента, состоящий из трех последовательно соединенных между собой с перекосами трубчатых секций, образующих в перекосах задающий и вспомогательный углы, расположенные в одной плоскости, секции, образующие вспомогательный угол перекоса, скреплены между собой с возможностью качания относительно друг друга в секторе вспомогательного угла. /см. а.с. 1579958 кл. Е 21 В 7/08, 1990/.

В этом отклонителе использованы не все преимущественные возможности качания секций для одновременного повышения его технических характеристик и проходной его способности через прямолинейный ствол скважины.

Целью изобретения является повышение интенсивности искривления переходных криволинейных интервалов скважин с одновременным регулированием этой интенсивности за счет повышения технических характеристик отклонителя бурового инструмента и сохранения его проходной способности через прямолинейный ствол скважины.

Поставленная цель достигается тем, что в известном отклонителе бурового инструмента, включающем первую трубчатую секцию с долотом на одном конце и жестко связанную с другим ее концом вторую трубчатую секцию, расположенную с образованием между осями первой и второй секций расчетного задающего угла перекоса, третью секцию, связанную со второй секцией с возможностью качания соединительным узлом, образующим основней вспомогательный угол, узел соединения между второй и третьей секциями выполнен с дополнительным углом в плоскости сектора основного вспомогательного угла с противоположной от него стороны, причем величину дополнительного вспомогательного угла определяют в соответствии с зависимостью где D_д диаметр долота, d_с диаметр секций, L_ср.с. - длина средней, при работе отклонителя с использованием дополнительного вспомогательного угла величину расчетного заданного угла выбирают из условия его увеличения на величину не более чем на секцию,образующей со средней секцией вспомогательный угол, установлена радиальная опора, причем радиальных опор установлено минимум две с возможностью продольного перемещения.

Выполнение узла соединения между второй и третьей секциями с дополнительным углом в плоскости сектора основного вспомогательного угла с противоположной от него стороны позволяет при складывании отклонителя в транспортное положение уменьшить его поперечные размеры и спускать его в скважину уменьшенного диаметра, что сокращает затраты на бурение прямолинейных стволов скважин.

Возможность качания секций в противоположную от вспомогательного угла сторону на величину, не меньшую позволяет максимально сократить поперечные габариты отклонителя и использовать ее как дополнительный перекос для передачи дополнительного отклоняющего момента на долото и определяется максимально возможным положением средней секции в стволе скважины заданного диаметра, который близок к диаметру спускаемого в него долота.

Максимально возможный угол наклона средней секции отклонителя в стволе скважины определяется из геометрического построения положения отклонителя в стволе скважины при касании средней секции противоположных стенок скважины. Это угол равен , где: D_ст.ск. диаметр ствола скважины, d_с-диаметр секции, L_ср.с. длина средней секции и является дополнительным транспортным углом. Возможность складывания отклонителя в транспортном положение позволяет увеличивать задающий угол отклонителя на величину транспортного угла. Однако зависимость величины этого угла от диаметра ствола скважины ограничивает возможность увеличения задающего угла при изменении диаметров стволов скважин в сторону их уменьшения. Замена диаметра ствола скважины на близ кий ему по значению диаметр долота практически не изменит значения транспортного угла, но обеспечит вписываемость отклонителя с увеличенным задающим углом в диапазон диаметров стволов скважин, в котором используется заданный диаметр долота. Таким образом транспортным углом является , где D_д диаметр долота, а величина угла дополнительного качания секций не должна быть меньше . Увеличение задающего угла перекоса не более чем на повышает характеристику отклонителя без увеличения его размеров, увеличивает интенсивность искривления переходных криволинейных интервалов и сохраняет проходную способность отклонителя через прямолинейный ствол скважины. При увеличении угла больше чем на отклонитель не пройдет через прямой ствол скважины.

Установка радиальной опоры на секцию, образующую со средней секцией вспомогательный угол, центрирует эту секцию при спуске отклонителя и облегчает его спуск, и поддерживает заданное значение вспомогательного угла в раскрытом рабочем положении в криволинейном стволе скважины.

Установка минимум двух радиальных опор увеличивает жесткость верхней секции отклонителя в случае ее недостаточности. В результате увеличивается отклоняющий момент на долоте и увеличивается интенсивность искривления переходного интервала.

Установка радиальных опор с возможностью продольного перемещения обеспечивает регулирование величины вспомогательного угла и регулирование жесткости верхней секции отклонителя, что регулирует интенсивность искривления переходного интервала. Установка радиальных опор с возможностью продольного перемещения обеспечивает регулирование величины вспомогательного угла и регулирование жесткости верхней секции отклонителя, что регулирует интенсивность искривления переходного интервала.

Перед спуском подвешенный над устьем скважины на бурильных трубах отклонитель вместе с бурильными трубами отводят от оси ствола скважины в сторону стенки ствола скважины до расположения образующей верхней секции на одной прямой с образующей ствола скважины, фиксируя таким образом с одной стороны ствола скважины границу возможного прохода отклонителя в скважину, затем отклонитель переводят в транспортное положение, для чего две его нижние секции отклоняют от верхней секции к противоположной стеке ствола скважины на угол уменьшая таким образом поперечные габариты отклонителя и компенсируя повышенный на перекос нижних секций.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена конструкция отклонителя, на фиг. 2 отклонитель в транспортном положении, на фиг. 3 изображен отклонитель, установленный на забое скважины, на фиг. 4 - отклонитель в рабочем положении при забуривании переходного криволинейного интервала, на фиг. 5 отклонитель в рабочем положении при бурении переходного криволинейного интервала.

Отклонитель бурового инструмента состоит из трубчатых секций 1,2 и 2 /фиг. 1-5/, последовательно соединенных между собой, к которым прикреплено долото. Секции 2 и 3 жестко скреплены между собой с перекосом и образуют нижний задающий направление искривления угол α /фиг.1/, а секции 1 и 2 соединены между собой с возможностью качания в плоскости расположения угла a и образуют переменный вспомогательный угол b, стабилизирующий направление искривления и меняющийся от 0 до оптимального значения вспомогательного угла 3 4,5 и противолежащий вспомогательному углу b дополнительный угол g /фиг. 1/, который равен или превышает . Так, например, при диаметре долота 4 D_д 215,9 мм, диаметре секции d_с172 мм, и длине средней секции 2 L_ср.с. 1400, угол γ ≥ 2,5°.. Благодаря наличию дополнительного угла γ качания секций задающий угол a может быть увеличен, но не более чем на /фиг. 2-5/, и следуя конкретному примеру это увеличение угла не должно превышать 2,5^o. При оптимальном значении задающего угла α = 1,5° и допустимом его превышении при дополнительном качании секций на повышенное значение задающего угла может составить 4^o. На секции 1 установлена одна /фиг. 5/ радиальная опора 5 для поддержания заданного значения вспомогательного угла β при бурении криволинейного интервала ствола скважины, или несколько опор, но как минимум две /фиг. 4/, для повышения жесткости секции 1 как при забуривании, так и при бурении криволинейного интервала /фиг. 4 и 5/, и которые также можно использовать для поддержания заданного значения вспомогательного угла b при бурении криволинейного интервала ствола скважины.

Радиальные опоры 5 установлены с возможностью продольного относительно секции 1 перемещения для регулирования заданного значения вспомогательного угла b и для регулирования жесткости секции 1.

Над устьем 6 скважины с равнопроходным стволом подвешивают на бурильных трубах 7 отклонитель из секции 1,2 и 3 с функциональными и транспортным перекосами его секций под углами a,β и γ и долотом 4 /фиг. 2/. Отклонитель имеет увеличенные геометрические параметры, невписывающиеся в ствол скважины. Так, например, при длине секции 3 в 1100 мм и длине секции 2 L_ср.с. в 1400 мм жесткий угол перекоса между ними a составляет 4^o, а при произвольной длине секции 1 гибкий перекос ее с секцией 2 имеет в одну сторону угол b, равный 3,5^o, а в противоположную сторону угол g равный 8^o. Требуется спустить отклонитель в ствол скважины диаметром D_ст.скв. в 225 мм. Перед спуском в скважину отклонитель вместе с бурильными трубами отводят от оси ствола скважины в сторону его стенки до расположения образующей верхней секции 1 отклонителя на одной прямой 11 /фиг.2/ с образующей ствола скважины, где отклонитель переводит в транспортное положение, отклоняя две его нижние секции 2 и 3 от верхней секции 1 к противоположной стенке ствола скважины на угол , равный в данном отклонителе 2,5^o. Затем поддерживая этот транcпортный перекос секций 1 и 2 отклонитель опускают в ствол скважины и доводят до забоя, при этом вершины 8 и 9 перекосов секций будут касаться противоположных стенок ствола скважины /фиг. 3 и 4/, а верхняя секция 1 отклонителя может быть перекошена с секцией 2 либо под углом /фиг. 2/, либо большим /фиг. 3 и 4/. В данном отклонителе этот перекос может изменяться в пределе от 2,5 до 8^o.

Работает отклонитель следующим образом. При забуривании криволинейного интервала /фиг. 3 и 4/ отклонитель находится в транспортном положении и отклоняет ствол скважины под частичным углом от угла α задающего перекоса, равным составляющим в данном отклонителе 1,5^o и являющимся традициoнным. Затем по мере набора кривизны ствола скважины и поступления инструмента в искривленный участок ствола скважины перекос секций 1 и 2 под углом γ переходит в перекос под вспомогательным углом b /фиг.5/, с переходом упора вершины 10 этого угла о противопoложную нижнюю стенку ствола скважины, в которую упирается нижний перекос секций 2 и 3 и угол которого α = 4°, во время изменения перекоса секций 1 и 2 постепенно полностью вступает в работу и наращивает интенсивность искривления ствола скважины, а после вступления в работу вспомогательного угла достигнутая заданная интенсивность искривления поддерживается на всем дальнейшем протяжении криволинейного интервала ствола скважины. Местом установки опор 5 регулируют жесткость секции 1 /фиг. 4 / и величину вспомогательного угла β /фиг. 5/, и соответственно величину результирующего отклоняющего момента на долото 4.

Преимущества этого отклонителя бурового инструмента заключается в том, что уменьшаются затраты на бурение прямолинейных вертикальных стволов скважин уменьшенных диаметров, что повышает эффективность строительства наклонно-направленных и горизонтальных скважин.

Формула изобретения

1. Отклонитель бурового инструмента, включающий первую трубчатую секцию с долотом на одном конце и жестко связанную с другим ее концом вторую трубчатую секцию, расположенную с образованием между осями первой и второй секций расчетного задающего угла перекоса, третью секцию, связанную со второй секцией с возможностью качания соединительным узлом, образующим основной вспомогательный угол, отличающийся тем, что узел соединения между второй и третьей секциями выполнен с дополнительным углом в плоскости сектора основного вспомогательного угла с противоположной от него стороны, причем величину дополнительного вспомогательного угла определяют в соответствии с зависимостью где D_д диаметр долота, d_с -диаметр секций, L_ср.с длина средней секции.

2. Отклонитель по п.1, отличающийся тем, что при работе отклонителя с использованием дополнительного вспомогательного угла величину расчетного заданного угла выбирают из условия его увеличения на величину не более, чем 3. Отклонитель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что на секции, образующей со средней секцией вспомогательный угол, установлена радиальная опора.

4. Отклонитель по пп.1 и 3, отличающийся тем, что радиальных опор установлено как минимум две.

5. Отклонитель по пп. 1, 3 и 4, отличающийся тем, что радиальные опоры установлены с возможностью продольного перемещения.

РИСУНКИ

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