Управляемая компоновка забойного двигателя для проводки наклонно направленных и горизонтальных скважин

 

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин. Задача изобретения - повышение эффективности бурения за счет исключения перерывов в процессе бурения. Заявляемое устройство состоит из двигателя-отклонителя, дополнительного двигателя-вращателя и гидравлического распределителя. Корпус основного двигателя-отклонителя жестко связан с вращающимся статором двигателя-вращателя. Ротор двигателя-вращателя посредством гибкой трубы и вала шпинделя связан с колонной бурильных труб. Новым в компоновке является расположение гидравлического распределителя ниже двигателя-вращателя и выполнение его в виде пары поршень-цилиндр, связанных между собой шлицевым соединением, при этом цилиндр с установленным в нем насадком выполнен с отверстием и кулачковой полумуфтой с одним зубом, взаимодействующей с ответной полумуфтой, выполненной на торце переводника, а поршень связан с колонной бурильных труб посредством неподвижной трубы, размещенной внутри ротора и гибкой трубы, и вала шпинделя; кроме того, переводник, соединяющий шпиндель и статор двигателя-вращателя, выполнен с отверстием. 1 ил.

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин.

Известна забойная компоновка, включающая бурильную колонну, двигатель и шарнирный переводник (см., например, патент США N 3156310, кл 175/76, 1960). Недостатком известного устройства является невозможность управления траекторией скважины с поверхности и необходимость проведения спуско-подъемных операций для установки различных технологических приспособлений, обеспечивающих заданную траекторию скважины.

Наиболее близким техническим решением, выбранным авторами за прототип, является забойная компоновка для набора кривизны и проводки горизонтальных скважин (Заявка N 95102305/03, по которой 16.04.97 принято решение о выдаче патента и опубликованной в БИ N 35, 1996 г.), состоящая из забойного гидравлического двигателя-отклонителя, бурильной колонны, дополнительного гидравлического двигателя-вращателя, вращающийся статор которого соединен переводником с корпусом основного двигателя, а ротор - с колонной бурильных труб, и гидравлического распределителя, выполненного в виде двух поршней, соединенных полым штоком, который в нижней части имеет кулачковую полумуфту, взаимодействующую с ответной полумуфтой, выполненной на торце переводника, а в верхней части - шлицы, контактирующие с ответным элементом гибкой трубы дополнительного двигателя.

Недостатком этого устройства является необходимость использования для управления работой компоновки сбрасываемого элемента и необходимость его извлечения, что вызывает перерывы в технологическом процессе бурения.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности технологии бурения за счет исключения перерывов в процессе бурения, обусловленных необходимостью спуска и подъема сбрасываемого элемента.

Решение указанной задачи достигается тем, что в управляемой компоновке забойного двигателя для проводки наклонно направленных и горизонтальных скважин, состоящей из основного забойного гидравлического двигателя-отклонителя, бурильной колонны, дополнительного гидравлического двигателя-вращателя, вращающийся статор которого переводником соединен с корпусом двигателя-отклонителя, ротор посредством гибкой трубы и вала шпинделя связан с колонной бурильных труб, подпружиненный гидравлический распределитель установлен ниже двигателя-вращателя и выполнен в виде пары поршень - цилиндр, связанных между собой шлицевым соединением, причем цилиндр с размещенным в нем насадком выполнен с отверстием и кулачковой полумуфтой с одним зубом, установленной с возможностью взаимодействия с ответной полумуфтой, выполненной на торце переводника, а поршень связан с колонной бурильных труб посредством неподвижной трубы, размещенной внутри ротора и гибкой трубы, и вала шпинделя, при этом переводник, соединяющий корпус шпинделя и статор двигателя-вращателя, выполнен с отверстиями.

Размещение гидравлического распределителя под двигателем - вращателем и выполнение его в виде пары поршень - цилиндр, связанных между собой шлицевым соединением, при этом цилиндр с установленным в нем насадком выполнен с отверстием и кулачковой полумуфтой с одним зубом, установленной с возможностью взаимодействия с ответной полумуфтой, расположенной на торце переводника, а поршень связан с колонной бурильных труб посредством неподвижной трубы, размещенной внутри ротора и гибкой трубы, кроме того, переводник, соединяющий шпиндель и статор двигателя-вращателя выполнен с отверстиями, позволяет осуществлять управление работой компоновки без перерывов в технологическом процессе бурения, связанных с необходимостью спуска и подъема сбрасываемого элемента.

Конструкция компоновки представлена на чертеже.

Управляемая компоновка содержит основной двигатель-отклонитель 1, дополнительный двигатель-вращатель 2 и гидравлический распределитель 3.

Корпус основного двигателя - отклонителя жестко связан с вращающимся статором 4 дополнительного двигателя-вращателя, расположенного выше основного двигателя.

Ротор 5 дополнительного двигателя-вращателя посредством гибкой трубы 6 и вала 7 шпинделя связан с колонной бурильных труб 8.

Гидравлический распределитель установлен ниже рабочей пары двигателя-вращателя.

Внутри полости переводника 9 размещен цилиндр 10 гидравлического распределителя, выполненного в виде пары поршень - цилиндр, а поршень 11 связан посредством неподвижной трубы 12, расположенной в полости ротора 5, с валом шпинделя 7.

Поршень 11 и цилиндр 10 связаны между собой шлицевым соединением 13. Цилиндр 10 в нижней части снабжен кулачковой полумуфтой 14, имеющей один зуб, ответная полумуфта 15 расположена на торце переводника 9.

В цилиндре 10 установлен насадок 16, позволяющий регулировать расход промывочной жидкости, проходящей через рабочую пару основного двигателя-отклонителя. Для прохода жидкости в дополнительный двигатель-вращатель цилиндр 10 имеет отверстия 17.

Цилиндр 10 удерживается в верхнем положении пружиной 18.

Для выхода отработанной жидкости в переводнике 19, соединяющем статор 4 и корпус 20 шпинделя двигателя-вращателя 2, выполнены отверстия 21.

Во избежании перетока жидкости в цилиндре 10 и поршне 11 размещены уплотнения соответственно 22 и 23.

Компоновка работает следующим образом.

При прохождении участка скважины с набором кривизны поток рабочей жидкости с фиксированным расходом проходит через центральные каналы вала шпинделя 7 и неподвижной трубы 12, отверстие в насадке 16, канал гидравлического распределителя 3, находящегося в верхнем положении, и поступает на основной двигатель 1.

При этом перепад давления в насадке 16 уравновешивается расчетным усилием пружины 18.

Реактивный момент статора основного двигателя-отклонителя посредством кулачковой муфты 14-15, шлицевого соединения 13 и неподвижной трубы 12 передается через вал шпинделя 7 на колонну бурильных труб 8. Кроме того, полумуфта 14, имеющая один зуб связана с колонной бурильных труб таким образом, что исключается возможность ее проворота, и следовательно, может служить ориентатором положения плоскости искривления двигателя-отклонителя 1.

При прохождении участка стабилизации скважины необходимо дополнительно вращать корпус основного двигателя 1.

В этом случае увеличивается расход рабочей жидкости, подаваемой в скважину, что позволяет оперативно изменять режим работы компоновки (набор кривизны или стабилизацию направления скважины).

Под действием увеличенного перепада давления в насадке 16 цилиндр 10 перемещается вниз, сжимая пружину 18.

При этом в цилиндре 10 открываются отверстия 17 и часть рабочей жидкости поступает на дополнительный двигатель-вращатель 2, другая часть - на основной двигатель-отклонитель 1.

Вращающийся статор дополнительного двигателя-вращателя приводит во вращение корпус основного двигателя-отклонителя 1. При нижнем положении цилиндра 10 кулачковые полумуфты 14-15 выходят из зацепления и не передают реактивный момент статора основного двигателя-отклонителя 1.

Для восприятия реактивного момента и обеспечения работы основного двигателя необходимо, чтобы активный момент, создаваемый дополнительным двигателем-вращателем, был противоположен по направлению реактивному моменту статора основного двигателя-отклонителя. С этой целью и с учетом того, что рабочая жидкость подается в дополнительный двигатель-вращатель снизу, направление винтовой нарезки рабочей пары дополнительного двигателя-вращателя должно совпадать с направлением винтовой нарезки рабочей пары основного двигателя-отклонителя.

Преимуществом заявляемого устройства по сравнению с известным является повышение эффективности технологии бурения за счет оперативности управления траекторией ствола скважины (исключается операция по спуску-подъему сбрасываемого элемента).

Формула изобретения

Управляемая компоновка забойного двигателя для проводки наклонно направленных и горизонтальных скважин, состоящая из основного забойного гидравлического двигателя-отклонителя, бурильной колонны, дополнительного гидравлического двигателя-вращателя, вращающийся статор которого переводником соединен с корпусом двигателя-отклонителя, а ротор посредством гибкой трубы и вала шпинделя связан с колонной бурильных труб, и подпружиненного гидравлического распределителя, отличающаяся тем, что подпружиненный гидравлический распределитель установлен ниже двигателя-вращателя и выполнен в виде пары поршень - цилиндр, связанных между собой шлицевым соединением, причем цилиндр с размещенным в нем насадком выполнен с отверстием и кулачковой полумуфтой с одним зубом, установленной с возможностью взаимодействия с ответной полумуфтой, выполненный на торце переводника, а поршень связан с колонной бурильных труб посредством неподвижной трубы, размещенной внутри ротора и гибкой трубы, и вала шпинделя, при этом переводник, соединяющий шпиндель и статор двигателя-вращателя, выполнен с отверстиями.

РИСУНКИ

Рисунок 1