Компоновка низа бурильной колонны для направленного бурения скважины

 

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к техническим средствам для азимутального и зенитного изменения направления ствола скважины в направленном бурении. Цель изобретения - пространственная корректировка направления ствола скважин по данным инклинометрии предыдущего рейса за счет автоматического ориентирования перекоса искривленной компоновки на забое перед началом бурения в нужном направлении и его удержания в этом направлении в течение всего рейса, расширения технологических возможностей. Компоновка низа бурильной колонны для направленного бурения скважины включает долото 1 с двигателем 2, корректировку угла разворота и плоскости действия которых относительно плоскости действия утяжеленных бурильных труб 3 проводят по результатам инклинометрического замера, и установленный между ними отклонитель, состоящий из шарнирного соединения 4 с переменным углом перекоса и опорно-центрирующего элемента /ОПЭ/, содержащего вал, выполненный в виде двух полых телескопически соединенных стержней с возможностью регулирования их поворота относительно друг друга и жесткого соединения в единое разъемным соединением, при этом продольные оси верхней и нижней присоединительных резьб вала развернуты относительно друг друга вокруг продольной оси втулки на зафиксированный разъемным соединением угол, а между нижним концом вала и забойным двигателем установлено шарнирное соединение с переменным углом перекоса, плоскость действия которого совпадает с плоскостью проходящей через продольную ось вращения втулки и продольную ось нижней присоединительной резьбы вала, а направление перекоса совпадает с направлением брения ствола скважины. В процессе спуска компоновка занимает только одно положение - устойчивое равновесие, при котором ее центр лежит в апсидальной плоскости скважины и смещен к лежачей стенке. При исключении циркуляции и запуска забойного двигателя 2 утяжеленные бурильные трубы стремятся отвернуться относительно своей оси и действие реактивного момента не сказывается на положении отклонителя. При расположении компоновки в эллипсном либо кавернозном стволе и контакте втулки 8 со стенками скважины имеют место самоориентирование компоновки и последующий эффект гашения реактивного момента, т.е. независимо от формы сечения ствола ориентация отклонителя компоновки в пространстве сохраняется. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к техническим средствам для азимутального и зенитного изменения направления ствола скважины в направленном бурении.

Известна компоновка низа бурильной колонны для направленного бурения, включающая долото, забойный двигатель с турбинным отклонителем, утяжеленные бурильные трубы [1] Недостатком указанной компоновки низа бурильной колонны для направленного бурения является низкая эффективность ее работы, поскольку не достигается необходимая точность и надежность направленного бурения из-за закручивания бурильной колонны, и, как следствие, азимутального изменения положения плоскости действия отклонителя от действия реактивного момента забойного двигателя в процессе углубления ствола. Кроме того, для работы устройства по назначению требуется азимутальная корректировка угла перекоса отклонителя с поверхности известными технологическими приемами, эффективность которых интенсивно падает с ростом глубины скважины.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является компоновка низа бурильной колонны для направленного бурения скважины, включающая забойный двигатель с долотом, утяжеленные бурильные трубы и размещенный между ними отклонитель, включающий опорно-центрирующий элемент, содержащий полый вал с верхней и нижней присоединительными резьбами, продольные оси которых радиально смещены относительно продольной оси концентрично размещенной на нем с возможностью вращения втулки, при этом продольные оси верхней и нижней присоединительных резьб развернуты относительно друг друга вокруг продольной оси втулки [2] Однако технологические возможности устройства в управлении траекторией ствола ограничены в связи с тем, что оно может применятся только для установки отклонителя в направлении противоположном азимуту наклонного ствола без его азимутальной корректировки. Кроме того, постоянный угол перекоса отклонителя резко сужает возможности его применения, связанные с многообразием технических и горно-геологических условий бурения.

Следовательно, недостаток заключается в невозможности пространственной корректировки направления ствола скважины по данным инклинометрии предыдущего рейса перед началом бурения в нужном направлении и его удержания в этом направлении в течение всего рейса и ограниченности технологических возможностей.

Цель изобретения пространственная корректировка направления ствола скважины по данным инклинометрии предыдущего рейса за счет автоматического ориентирования перекоса искривленной компоновки на забое перед началом бурения в нужном направлении и его удержания в этом направлении в течение всего рейса, расширение технологических возможностей.

Достигается поставленная цель тем, что в компоновке низа бурильной колонны для направленного бурения скважины, включающей забойный двигатель с долотом, утяжеленные бурильные трубы и размещенный между ними отклонитель, включающий опорно-центрирующий элемент, содержащий полый вал с верхней и нижней присоединительными резьбами, продольные оси которых радиально смещены относительно продольной оси концентрично размещенной на нем с возможностью вращения втулки, где продольные оси верхней и нижней присоединительных резьб развернуты относительно друг друга вокруг продольной оси втулки, вал выполнен в виде двух телескопически соединенных стержней с возможностью их углового поворота относительно друг друга и последующей их фиксации разъемным соединением, причем нижний конец вала и забойный двигатель связаны шарнирным соединением с переменным углом перекоса, плоскость действия которого совпадает с плоскостью проходящей через продольную ось вращения втулки и продольную ось нижней присоединительной резьбы вала, а направление перекоса совпадает с направлением бурения ствола скважины, и разъемное соединение выполнено в виде конусной или конусно-шлицевой муфты, полумуфты которой навернуты на разноименные концы стержней, зафиксированы относительно друг друга контргайкой, связанной левой резьбой с верхним стержнем вала.

Изобретение объясняется чертежом, где представлена компоновка низа бурильной колонны для направленного бурения скважины.

Компоновка низа бурильной колонны для направленного бурения скважины включает снизу вверх долото 1, забойный двигатель 2, утяжеленные бурильные трубы 3 и установленный между ними отклонитель, состоящий из шарнирного соединения 4 с переменным углом перекоса и опорно-центрирующего элемента (ОЦЭ). Опорно-центрирующий элемент состоит из телескопически составного вала (нижнего стержня 5 и верхнего стержня 6), на наружной поверхности которого размещена с возможностью вращения втулка 7, диаметр которой соответствует диаметру долота. Продольные оси присоединительных резьб вала ОЦЭ имеют эксцентричное радиальное смещение относительно продольной оси втулки 7 и развернуты относительно друг друга на жестко зафиксированный угол. Соединение стержней 5 и 6 между собой осуществляется разъемными конусно-шлицевым соединением, состоящим из двух полумуфт 8 и 9, фиксируемым с помощью контргайки 10 с левой резьбой. Втулка 7 играет роль опоры в искривленной скважине, относительно которой бурильный инструмент поворачивается в поле гравитации и занимает определенное положение, соответствующее положение устойчивого равновесия.

Благодаря такому выполнению компоновка низа бурильной колонны для направленного бурения скважины занимает в искривленной скважине строго определенное положение в поле гравитации, а долото направление бурения. Массу утяжеленных бурильных труб, забойного двигателя, плечи эксцентричных смещений масс выбирают таким образом, чтобы момент сил, создаваемый весом утяжеленных бурильных труб над отклонителем, был заведомо больше (в два и более раз) момента сил под ним, создаваемого весом долота и забойного двигателя.

Устройство работает следующим образом.

По результатам инклинометрического замера определяют фактическое пространственное положение нижней части ствола скважины. С помощью быстроразъемного соединения, состоящего из полумуфт 8,9 проводят разворот плоскости действия долота с забойным двигателем 2 относительно плоскости действия долота с забойным двигателем 2 относительно плоскости действия утяжеленных бурильных труб 3 на необходимый угол (угол корректировки), который фиксируют с помощью контргайки 10. В процессе спуска бурильного инструмента на забой скважины и при возможности поворота колонны бурильных труб, включая утяжеленные бурильные трубы 3, стержней 5 и 6, шарнирного соединения 4, забойного двигателя 2 и долота 1 на втулке 7 (опорно-центрирующий элемент) компоновка занимает только одно положение (устойчивого равновесия), при котором ее центр тяжести лежит в апсидальной плоскости скважины и смещен к нижней (лежачей) стенке, т. е. в сторону УБТ. При таком расположении инструмента долото 1 с забойным двигателем имеет переменный угол перекоса в шарнире с заранее заданной направленностью (либо на набор кривизны, либо на сброс кривизны, либо к азимутальным разворотам вправо или влево). В процессе спуска это положение инструмента сохраняется. При включении циркуляции и запуске забойного двигателя 2 совместно с шарнирным соединением 4 стержнями 5 и 6, утяжеленные бурильные трубы 3 стремятся повернуться относительно оси забойного двигателя, которая не совпадает с осью скважины, и действие реактивного момента не сказывается на положении компоновки (отклонителя), так как возмущающие усилия воспринимаются через втулку 7 стенкой скважины, в контакте с которой происходит эффект гашения реактивного момента. Осуществляют процесс автоматического направленного бурения на длину компоновки (5-10м) без вращения бурильного инструмента, а затем осуществляют его подъем для корректировки ствола. При расположении такой компоновки в эллипсном либо кавернозном стволе и контакте втулки 7 со стенками скважины самоориентирование компоновки и последующий эффект гашения реактивного момента продолжают иметь место, т. е. независимо от формы сечения ствола ориентация (отклонителя) компоновки в пространстве сохраняется.

Таким образом, предлагаемая компоновка низа бурильной колонны для направленного бурения скважины позволяет проводить азимутальную корректировку наклонного участка ствола скважины за счет автоматической установки и фиксации отклонителя на забое в нужном направлении независимо от формы сечения скважины, изменения давления в гидравлической системе буровой и величины реактивного момента забойного двигателя.

Формула изобретения

1. Компоновка низа бурильной колонны для направленного бурения скважины, включающая забойный двигатель с долотом, утяжеленные бурильные трубы и размещенный между ними отклонитель с опорно-центрирующим элементом, содержащим полый вал с верхней и нижней присоединительными резьбами, продольные оси которых радиально смещены относительно продольной оси концентрично размещенной на нем с возможностью вращения втулки, при этом продольные оси верхней и нижней присоединительных резьб развернуты относительно друг друга вокруг продольной оси втулки, отличающаяся тем, что вал наполнен в виде двух телескопически соединенных стержней с возможностью их углового поворота относительно друг друга и последующей их фиксации разъемным соединением, причем нижний конец вала и забойный двигатель связаны шарнирным соединением с переменным углом перекоса, плоскость действия которого совпадает с плоскостью, проходящей через продольную ось вращения втулки и продольную ось нижней присоединительной резьбы вала, а направление перекоса совпадает с направлением бурения ствола скважины.

2. Компоновка по п.1, отличающаяся тем, что разъемное соединение выполнено в виде конусной или конусно-шлицевой муфты, полумуфты которой навернуты на разноименные концы стержней, зафиксированы относительно друг друга контргайкой, связанной левой резьбой с верхним стержнем вала.

РИСУНКИ

Рисунок 1