Регулируемое отклоняющее устройство

 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к отклоняющим устройствам, задающим проектный угол искривления ствола наклонно направленной или горизонтальной скважины. Регулируемое отклоняющее устройство с концевыми присоединительными резьбами состоит из центрального вала с уплотнениями и с наружными резьбами. Вал имеет искривленный участок под углом α, снаружи вала расположена с возможностью перемещения вдоль вала по шпонке или шлицам муфта, на одном из торцов которой выполнены торцевые зубья, на один конец вала навинчен прямой переводник, контактирующий с торцом муфты. На другой конец вала навинчен кривой переводник, внутренняя резьба которого наклонена к его оси под углом α. Кривой переводник установлен с возможностью взаимодействия своими торцовыми зубьями с торцом муфты, на котором расположены зубья. Центральный вал ориентирован искривленным участком к кривому переводнику так, что центральные оси резьб кривого переводника и вала пересекаются в одной точке и имеют одну плоскость искривления. Повышается точность проводки скважины. 4 ил.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к отклоняющим устройствам, задающим проектный угол искривления ствола наклонно направленной или горизонтальной скважины. Подобные устройства входят в состав забойных гидромашин, использующихся для привода породоразрушающего и технологического оборудования при строительстве и ремонте скважин.

Известно устройство для направленного бурения (патент РФ №2115792, МКИ Е 21 В 7/08), содержащее кривой ниппель с резьбами на концах и установленную на нем на скользящей шпонке распорную втулку со скошенным упорным торцом, на резьбовых концах установлены кривой и прямой переводники. Резьбы на кривом ниппеле выполнены коническими.

Недостатками этого устройства для направленного бурения являются:

- необходимость жесткой фиксации элементов, отвечающих за угол искривления, друг относительно друга;

- необходимость проверки конических резьб, участвующих в установке угла, на наличие необходимого и достаточного натяга перед каждым свинчиванием во избежание отворота.

Все это приводит к тому, что становится невозможно, быстро и гарантированно точно установить требуемый угол искривления буровой системы в условиях работы на скважине.

Указанные недостатки частично устранены в регулируемом искривляемом переводнике (патент США №5343966, МКИ Е 21 В 7/08, F 21 B 17/042). Так, необходимость жесткой фиксации элементов, участвующих в задании угла искривления, отпала за счет наличия на этих элементах торцовых зубьев. А необходимость регулирования натяга в конических резьбах элементов, участвующих в установке угла, отпала за счет применения в этих элементах цилиндрических резьб повышенной прочности, таких, как трапецеидальной или упорной.

Данный регулируемый искривленный переводник является предпочтительным с точки зрения удобства использования его на буровой, поскольку перестановку угла можно сделать более оперативно. Поэтому его конструкция и взята нами за прототип.

Существенным недостатком представленного прототипа является то, что оно имеет три несовпадающие оси элементов, участвующих в задании угла искривления, и, как следствие, две плоскости искривления устройства в целом. В связи с тем, что устройство искривляется в двух плоскостях, результирующий угол искривления будет иметь сложную пространственную форму, что существенно затрудняет его точное вычисление, особенно если присутствуют погрешности изготовления элементов переводника. Кроме того, при использовании данной конструкции прототипа в прямом варианте, то есть с установленным углом отклонения, равным нулю, шпиндельная и двигательная секции гидромашины будут иметь параллельные, но не совпадающие друг с другом оси. Это также приводит к отклонению траектории скважины при бурении прямых участков.

Задачей настоящего изобретения является увеличение точности проводки скважины за счет обеспечения возможности избежания непланового увода гидромашины от расчетной траектории бурения.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном регулируемом отклоняющем устройстве с концевыми присоединительными резьбами, состоящем из центрального полого вала с уплотнениями и с наружными резьбами, причем вал имеет искривленный участок под углом α, снаружи вала расположена с возможностью перемещения вдоль вала по шпонке или шлицам муфта, на одном из торцов которой выполнены торцевые зубья, на один конец вала навинчен прямой переводник, контактирующий с торцом муфты, а на другой конец вала навинчен кривой переводник, внутренняя резьба которого наклонена к его оси под углом α, согласно изобретению кривой переводник установлен с возможностью взаимодействия своими торцовыми зубьями с торцом муфты, на котором расположены зубья, при этом центральный полый вал ориентирован искривленным участком к кривому переводнику так, что центральные оси резьб кривого переводника и вала пересекаются в одной точке и имеют одну плоскость искривления.

На фиг.1 показана в качестве примера принципиальная схема отклоняющего устройства.

На фиг.2 приведена схема прототипа регулируемого искривляемого переводника в прямом варианте, а также новая схема отклоняющего устройства в составе забойной гидромашины (фиг.3, 4).

Применение конструкции регулируемого отклоняющего устройства с торцовыми зубьями муфты, выполненными на одном из торцов при ориентации полого вала искривленным участком к кривому переводнику совместно с известными признаками, позволило избежать непланового увода скважины при ее бурении вследствие несоосности двигательной и шпиндельной секций в прямом варианте, а также позволило избежать пространственной формы задания угла отклонения и привести его к плоскому углу в варианте отклонителя. Все это обеспечивает повышение точности проводки скважины и, как следствие, экономит деньги при их строительстве.

Применение новой схемы задания угла отклонения скважины с заявленным регулируемым отклоняющим устройством, имеющим одну плоскость искривления, обеспечивает достижение технической задачи данного изобретения. Отклоняющее устройство (фиг.1) 1 состоит из элементов задающих искривление (вал 2 и кривой переводник с торцовыми зубьями 3), элементов, отвечающих за взаиморасположение частей устройства (муфта с торцовыми зубьями 4 и шпонка (шлицы) 5), уплотнительных элементов (кольца 6) и элемента фиксации (переводник 7). Индивидуальные углы элементов, задающих угол искривления, равны, то есть угол α₁ кривого переводника 3 равен углу α₂ вала 2. Это сделано для того, чтобы забойная гидромашина могла работать как в прямом варианте, так и варианте отклонителя. Отсюда видно, что угол искривления, создаваемый отклоняющим устройством, лежит в пределах 0-2α, где α=α₁=α₂. Регулируемое отклоняющее устройство имеет единственную плоскость искривления, проходящую через точку 8.

Регулируемое отклоняющее устройство 1 (фиг.2) располагается между двигательной 9 и шпиндельной 10 секциями забойной гидромашины и задает проектный угол продвижения породоразрушающего или технологического инструмента в скважине (не показан), поскольку этот инструмент непосредственно крепится к шпиндельной секции 10.

Двигательная секция 9 представляет собой устройство, преобразующее гидравлическую энергию потока жидкости во вращательное механическое движение, которое передается на рабочий инструмент. Примером может служить турбинная секция в турбобуре или винтовая секция в винтовом забойном двигателе.

Шпиндельная секция 10 представляет собой опорный узел для двигательной секции, состоящий из совокупности радиальных и осевых опор, а также узла, передающего вращение на рабочий инструмент.

Изменение угла искривления отклоняющего устройства может производиться от 0° до 2α ступенчато (фиг.3). Дискретность установки угла зависит от количества торцовых зубьев, конструктивно располагаемых на сопрягаемых торцовых поверхностях кривого переводника 3 и муфты 4.

В прямом варианте (фиг.4) вся система гидромашины, включающая двигательную 9, шпиндельную 10 секции и отклоняющее устройство 1, также будет иметь одну общую ось, а не три, как существует в прототипе (фиг.2).

Для изменения угла искривления необходимо произвести следующие действия:

1) отвернуть ключами прямой переводник 7 на величину, чуть большую высоты торцовых зубьев. Ключи устанавливаются на переводник 7 и муфту 4;

2) перемещая муфту 4 по шпонке (шлицам) 5 вдоль оси вала 2 в сторону переводника 7, вывести ее торцовые зубья из зацепления с зубьями кривого переводника 3;

3) поворотом вала 2 вместе с муфтой 4 относительно кривого переводника 5 установить требуемый угол искривления отклоняющего устройства. Это достигается путем совмещения маркированных шлицев с одинаковым значением, выбитых на муфте 4 и кривом переводнике 3;

4) переместить муфту 4 назад по валу 2 до зацепления зубьев муфты с зубьями кривого переводника 3;

5) завернуть обратно переводник 7 на вал 2, следя за тем, чтобы зубья муфты 4 и кривого переводника 3 не расцепились.

В качестве примера, объясняющего принцип изобретения, можно привести винтовой забойный двигатель, в состав которого входит регулируемое отклоняющее устройство (для упрощения восприятия приводим прямой вариант работы регулируемого отклоняющего устройства).

В существующем винтовом забойном двигателе длиной 5,25 м с длиной шпиндельной секции 1,77 м (фиг.2) в прямом варианте вследствие двух плоскостей искривления по схеме работы прототипа возникает небольшая несоосность 3,9 мм при том, что оси двигательной 9 и шпиндельной 10 секций параллельны. Эта несоосность дает на общей длине двигателя угол “увода” β, равный 0,044°. Это, казалось бы, незначительно, но вследствие этого бурильный инструмент будет выполнять проводку скважины с небольшими, но систематическими отклонениями, что при большой протяженности скважины приведет к значительным отклонениям ее траектории от проектной 762 мм на 1 км глубины.

Схема работы двигателя в составе с заявляемым регулируемым отклоняющим устройством (фиг.4) исключает “увод” бурового инструмента вследствие несоосности, как описано в прототипе.

Данная конструкция отклоняющего устройства, сохраняя все преимущества прототипа, приобрела по сравнению с ним большую определенность в образовании траектории скважины, что было неоднократно проверено на практике.

Формула изобретения

Регулируемое отклоняющее устройство с концевыми присоединительными резьбами, состоящее из центрального вала с уплотнениями и с наружными резьбами, причем вал имеет искривленный участок под углом α, снаружи вала расположена с возможностью перемещения вдоль вала по шпонке или шлицам муфта, на одном из торцов которой выполнены торцевые зубья, на один конец вала навинчен прямой переводник, контактирующий с торцом муфты, а на другой конец вала навинчен кривой переводник, внутренняя резьба которого наклонена к его оси под углом α, отличающееся тем, что кривой переводник установлен с возможностью взаимодействия своими торцовыми зубьями с торцом муфты, на котором расположены зубья, при этом центральный вал ориентирован искривленным участком к кривому переводнику таким образом, что центральные оси резьб кривого переводника и вала пересекаются в одной точке и имеют одну плоскость искривления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4