Устройство для направленного бурения

 

Использование: при изменении пространственного направления ствола скважины при роторном бурении. Сущность изобретения: полый вал состоит из расположенных под углом α нижней и верхней секций, между которыми с возможностью осевого перемещения установлена муфта, соединяющая секции вала, на наружной поверхности муфты имеется кольцевая канавка с пазом для взаимодействия со стопорным кольцом, закрепленным на корпусе. После установки устройства в скважине в заданном направлении подается буровой раствор, муфта перемещается вниз, и стопорный палец входит в кольцевую канавку. При этом через вал с муфтой вращение передается на буровой инструмент, а корпус, взаимодействуя со стенками скважины опорными элементами, не изменяет своего положения, определяя направление бурения. Для изменения направления подачу раствора временно прекращают, вал поварачивают, пока паз кольцевой канавки не окажется против стопорного кольца. В этот момент муфта под действием пружины перемещается вверх, захватывает стопорный палец, и корпус поварачивается вместе с валом на заданный угол, после чего вновь подается буровой раствор, и бурение ведется в новом направлении. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к устройствам для изменения направления ствола скважины при роторном бурении.

Известен отклонитель, содержащий трубчатый корпус, отклоняющий элемент, расположенный в его полости, полый вал, расположенный в корпусе с возможностью взаимодействия с отклоняющим элементом, причем верхний конец вала жестко связан с корпусом, а нижний - установлен на шарнирной опоре (SU, авт. св. N 1469075, E 21 B 7/08, 21.04.87). Это устройство имеет ограниченные эксплуатационные возможности, так как, во-первых, оно не позволяет изменять направление скважины в азимутальном направлении, во-вторых, заданное направление выдерживается только при бурении с постоянной осевой нагрузкой.

Известно устройство для перекоса частей забойного двигателя, содержащее две соединенные между собой фиксатором трубчатые секции, вращающиеся на цапфе, ось которой наклонена под ровным углом к осям секций, вал, кинематически связанный с частями забойного двигателя, между которыми расположены подшипниковые опоры, которые имеют эксцентричные втулки с эксцентриситетом, направленным в одну сторону (авт.св. N 359432, E 21 B 7/08, 20.12.85). Это устройство также имеет ограниченные эксплуатационные возможности из-за невозможности изменения с его помощью азимутального направления бурения и недостаточной надежности работы узла фиксации трубчатых секций.

Известно принятое в качестве прототипа устройство, имеющее в корпусе с центрирующими относительно оси скважин поверхностями полый вал, состоящий из верхней и нижней секций, узел изменения вала с возможностью осевого перемещения и подпружиненную относительно нижней секции вала муфту с осевым каналом (патент США N 4895214, E 21 B 7/08, 90.01.23).

Устройство-прототип имеет ограниченные эксплуатационные возможности из-за конструктивных особенностей узла управления направлением бурения, не имеющего надежную фиксацию корпуса и, следовательно, не гарантирующего заданного направления скважины. Кроме того, указанное устройство требует двух режимов прокачки бурового раствора, рабочего и управляющего, для перевода его в рабочее положение, что в свою очередь может вызвать увеличение энергетических затрат.

Задача изобретения - расширение эксплуатационных возможностей, повышение надежности за счет упрощения конструкции и исключение дополнительных энергетических затрат.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в обеспечении возможности изменения как вертикального, так и азимутального направления скважины в процессе бурения.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для направленного бурения, содержащем полый вал, корпус, установленный на валу концентрично с возможностью вращения, опорные элементы, установленные на наружной поверхности корпуса, и узел управления корпусом, вал выполнен составным из верхней и нижней секций, расположенных под углом одна относительно другой, а узел управления корпусом содержит расположенную между секциями вала и подпружиненную относительно нижней секции муфту, которая установлена с возможностью осевого перемещения и имеет на наружной поверхности кольцевую канавку с пазом для взаимодействия со стопорным пальцем, закрепленным на корпусе.

Внутренний диаметр муфты выполнен меньшим, чем внутренний диаметр вала.

Муфта соединена с верхней и нижней секциями с помощью бочкообразных эвольвентных шлицев.

На фиг. 1 представлен общий вид заявляемого устройства в разрезе; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1.

Устройство содержит полый вал, состоящий из верхней 1 и нижней 2 секций, расположенных под углом α одна относительно другой, корпус 3, концы которого концентричны секциям вала, опорные элементы 4 и 5, установленные на наружной поверхности корпуса, и узел управления корпусом, который включает муфту 6 и стопорный палец 7, закрепленный на корпусе 3. Муфта 6 установлена между секциями 1 и 2 вала с возможностью осевого перемещения между ними и подпружинена пружиной 8 относительно нижней 2 секции вала. Секции вала и муфта связаны между собой, например, с помощью бочкообразных эвольвентных шлицев 9, что позволяет передавать вращение при угловом смещении валов до 3^o. На наружной поверхности муфты выполнена кольцевая канавка 10 с пазом 11, по которым она взаимодействует со стопорным пальцем 7 корпуса 3. Для повышения надежности срабатывания узла управления внутренний проходной диаметр муфты может быть выполнен меньше внутреннего проходного диаметра вала. В корпусе 3 установлены валы с возможностью вращения в подшипниках 12, которые защищены от воздействия бурового раствора уплотнениями 13.

Заявляемое устройство устанавливается между бурильными трубами и долотом (породоразрушающим инструментом), опускается вместе с ним в скважину и по показаниям, например, телеметрической системы ориентируется в заданном азимутальном направлении. При подаче бурового раствора муфта 6, сжимая пружину 8, перемещается вниз, стопорный палец 7 выходит из паза 11 в кольцевую канавку 10. При этом от колонны труб через вал и муфту вращение передается долоту, а корпус 3, перемещаясь вместе с ними вдоль оси, за счет взаимодействия опорных элементов 4 и 5 со стенками скважины не вращается. Таким образом происходит бурение участка скважины с набором кривизны в заданном азимутальном направлении. Для изменения направления бурения временно прекращают подачу бурового раствора и поворачивают вал, пока паз 11 кольцевой канавки 10 не окажется против стопорного пальца 7. В этот момент муфта 6 под действием пружины 8 перемещается вверх, стопорный палец 7 входит в паз 11, и корпус 3 поворачивается вместе с валом. После того как устройство займет новое азимутальное положение, вновь подается буровой раствор, муфта 6 перемещается вниз, стопорный палец 7 выходит из паза 11, корпус останавливается, и наклонное бурение продолжается в новом азимутальном направлении.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет изменять пространственное направление ствола скважины непосредственно в процессе бурения, что позволяет повысить производительность за счет сокращения числа спускоподъемных операций. Кроме того, предлагаемое выполнение узла управления корпусом позволяет повысить надежность работы за счет упрощения конструкции и без установки дополнительного оборудования.

Формула изобретения

1. Устройство для направленного бурения, включающее полый вал, состоящий из верхней и нижней секций, узел изменения направления бурения, включающий установленную между секциями вала с возможностью осевого перемещения и подпружиненную относительно нижней секции муфту с осевым каналом, отличающееся тем, что узел изменения направления бурения выполнен в виде корпуса, концы которого концентричны секциям полого вала, расположенным под углом одна относительно другой, а муфта непосредственно связана с секциями вала и имеет на наружной поверхности кольцевую канавку с пазом для фиксации ее относительно корпуса посредством стопорного пальца, закрепленного на корпусе, при этом внутренний проходной диаметр канала муфты выполнен меньшим, чем проходной диаметр канала секций полого вала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что муфта установлена с возможностью осевого перемещения независимо от количества прокачиваемого потока бурового раствора.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что муфта соединена с секциями вала посредством бочкообразных эвольвентных шлицов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2