Регулируемое отклоняющее устройство

Изобретение относится к буровой технике, а именно к отклоняющим устройствам, задающим проектный угол искривления ствола наклонно-направленной или горизонтальной скважины. Отклоняющее устройство 8 состоит из центрального вала 3 с уплотнениями и с наружными резьбами. Центральный вал 3 имеет искривленный участок под углом α. Снаружи центрального вала 3 расположена муфта 1, на одном из торцов которой выполнены торцевые зубья. На один конец центрального вала 3 навинчен кривой переводник 2 с торцевыми зубьями, взаимодействующими с торцевыми зубьями муфты 1, а на другой конец центрального вала 3 навинчен прямой переводник 4, контактирующий с торцом муфты 1. Отклоняющее устройство 8 имеет четыре центрирующих участка L, L1, L2, L3, образованные с радиальным зазором между наружным диаметром центрального вала 3 и расположенным над ним внутренним диаметром прямого 4 или кривого 3 переводников. Радиальный зазор на данных участках должен быть не больше, чем радиальный зазор в резьбовом соединении центрального вала 3 с прямым 4 и кривым 3 переводниками. Центрирующие участки L и L1 выполнены на центральном валу 3 и прямом 4 переводнике, а L2 и L3 выполнены на центральном валу 3 и кривом 2 переводнике. Обеспечивает увеличение точности проводки скважины и повышение срока службы регулируемого отклоняющего устройства. 2 з.п. ф-лы, 5 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.

Известен кривой регулируемый переводник (см. патент США № 5343966, МКИ Е21В 7/08, F21B 17/042), состоящий из ориентированных друг к другу торцами с выполненными на них торцовыми зубьями муфты и кривого переводника, собранных на резьбовом валу со шпонками (шлицами) и зафиксированных прямым переводником, причем муфта, кривой переводник и прямой переводник имеют три несовпадающие друг с другом оси.

Существенным недостатком данного кривого регулируемого переводника является то, что он имеет три несовпадающие оси элементов, участвующих в задании угла искривления, и, как следствие, две плоскости искривления устройства в целом. В связи с тем, что кривой регулируемый переводник искривляется в двух плоскостях, результирующий угол искривления будет иметь пространственную форму, что существенно затрудняет его точное вычисление, особенно если присутствуют погрешности изготовления элементов переводника. Вследствие этих внеплановых погрешностей установки регулируемого искривленного переводника бурильный инструмент будет выполнять проводку скважины с небольшими, но систематическими отклонениями, что при большой протяженности скважины, например, более 1 км, приведет к значительным отклонениям ее траектории от проектной.

Указанные недостатки частично устранены в регулируемом отклоняющем устройстве (см. российский патент № 2235181, МПК Е21В 7/08) и взятом за прототип. Данное устройство состоит из ориентированных друг к другу кривыми торцами с выполненными на них торцовыми зубьями муфты и переводника, собранных на центральном резьбовом валу со шпонками (шлицами) и зафиксированных с прямого конца вала прямым переводником, причем кривая резьба вала и кривые торцы скользящей на шпонках (шлицах) муфты и кривого переводника имеют одинаковый угол наклона и одну плоскость искривления. Одна плоскость искривления в регулируемом отклоняющем устройстве позволяет с большей точностью сориентировать гидромашину в скважине, что особенно необходимо при проводке скважин, состоящих из наклонно-направленных, горизонтальных и прямых участков, так как дает возможность избежать непланового увода гидромашины и, как следствие, бурильного инструмента от расчетной траектории бурения.

Существенным недостатком представленного прототипа является то, что после неоднократных операций свинчивания-развинчивания резьбовых соединений происходит износ резьб, и, как следствие, появление радиального люфта в резьбовых соединениях. Это приводит к значительному отклонению фактического угла искривления относительно номинала, что, в свою очередь, приводит к неплановому уводу гидромашины, в состав которой входит подобное устройство, от расчетной траектории бурения. Кроме того, муфта данного устройства выполнена такого же наружного диаметра, что и наружный диаметр прямого переводника и кривого переводника, вследствие чего контакт забойной гидромашины со стенкой скважины при работе в кривом варианте происходит практически в одной точке, что приводит к интенсивному износу наружной поверхности муфты и кривого переводника во время работы.

Задачей настоящего изобретения является увеличение точности проводки скважины за счет возможности избежания непланового увода гидромашины от расчетной траектории бурения, а также повышения срока службы регулируемого отклоняющего устройства за счет уменьшения износа наружной поверхности муфты и кривого переводника.

Решение указанной задачи достигается тем, что в регулируемом отклоняющем устройстве с концевыми присоединительными резьбами, состоящем из центрального вала с уплотнениями и с наружными резьбами, причем центральный вал имеет искривленный участок под углом α, снаружи центрального вала расположена с возможностью перемещения вдоль центрального вала по шлицам или по шпонкам муфта, на одном из торцов которой выполнены торцевые зубья, на один конец центрального вала навинчен кривой переводник с торцевыми зубьями, взаимодействующими с торцевыми зубьями муфты, а на другой конец центрального вала навинчен прямой переводник, контактирующий с торцом муфты, согласно изобретению регулируемое отклоняющее устройство имеет четыре центрирующих участка L, L1, L2, L3, образованные с радиальным зазором между наружным диаметром центрального вала и расположенным над ним внутренним диаметром прямого или кривого переводников, причем радиальный зазор на данных участках должен быть не больше, чем радиальный зазор в резьбовом соединении центрального вала с прямым и кривым переводниками, при этом центрирующие участки L и L1 выполнены на центральном валу и прямом переводнике, а L2 и L3 выполнены на центральном валу и кривом переводнике.

Кроме того, в регулируемом отклоняющем устройстве согласно изобретению муфта имеет утолщение в виде сегмента усеченного конуса с углом наклона образующей α1.

Кроме того, в регулируемом отклоняющем устройстве согласно изобретению кривой переводник выполнен в виде лопастного центратора.

В отличие от прототипа, заявленное изобретение имеет четыре центрирующих участка, что позволяет избежать влияния радиальных люфтов в резьбовых соединениях на угол искривления регулируемого отклоняющего устройства, что в итоге приводит к повышению точности проводки скважины.

В отличие от прототипа, заявленное изобретение имеет на муфте утолщение в виде сегмента усеченного конуса с углом наклона образующей α1, что увеличивает площадь контакта со стенкой скважины при работе в кривом варианте, что, в свою очередь, снижает износ наружной поверхности муфты. Для повышения срока службы утолщение муфты может быть армировано износостойким материалом. Для снижения износа наружной поверхности кривого переводника в заявленном изобретении кривой переводник выполнен в виде лопастного центратора, что увеличило площадь контакта со стенкой скважины при работе в кривом варианте, что, в свою очередь, снизило износ наружной поверхности кривого переводника. Для повышения срока службы лопасти кривого переводника могут быть армированы износостойким материалом.

На фиг.1 показана принципиальная схема регулируемого отклоняющего устройства с четырьмя центрирующими участками L, L1, L2 и L3.

На фиг.2 показана в качестве примера принципиальная схема регулируемого отклоняющего устройства с четырьмя центрирующими участками L, L1, L2, L3 и муфтой, имеющей утолщение в виде сегмента усеченного конуса с углом наклона образующей α1.

На фиг.3 показана в качестве примера принципиальная схема регулируемого отклоняющего устройства с четырьмя центрирующими участками L, L1, L2, L3, муфтой, имеющей утолщение в виде сегмента усеченного конуса с углом наклона образующей α1, и кривым переводником, являющимся одновременно лопастным центратором; на фиг.3А - разрез по фиг.3.

На фиг.4 показана схема забойной гидромашины с отклоняющим регулируемым устройством.

Регулируемое отклоняющее устройство (фиг.1) состоит из элементов, задающих искривление (муфты 1 с торцовыми зубьями, кривого переводника 2 с торцовыми зубьями и центрального вала со шлицами 3), элемента фиксации (прямого переводника 4) и уплотнительных элементов (колец 5).

Устройство имеет четыре центрирующих участка, из которых L и L1 выполнены на центральном валу 3 и прямом переводнике 4, a L2 и L3 выполнены на центральном валу 4 и переводнике кривом 2.

Центрирующие участки могут быть выполнены следующим образом: наружный диаметр центрального вала и расположенный над ним внутренний диаметр ответной детали (прямой или кривой переводник) на участках L, L1, L2, L3 выполняются таким образом, чтобы радиальный зазор между ними был не больше, чем радиальный зазор в резьбовом соединении.

Регулируемое отклоняющее устройство 8 (фиг.1) располагается между двигательной 6 и шпиндельной 7 секциями забойной гидромашины и задает угол искривления между секциями α2. Диапазон изменения угла α2 от 0 до 2*α.

Двигательная секция 6 представляет собой устройство, преобразующее гидравлическую энергию потока жидкости во вращательное механическое движение, которое передается на породоразрушающий инструмент. Примером может служить турбинная секция в турбобуре или винтовая секция в винтовом забойном двигателе.

Шпиндельная секция 7 представляет собой опорный узел и служит для передачи вращения от двигательной секции на породоразрушающий инструмент, а также предназначена для восприятия гидравлических нагрузок, реакции забоя и радиальных нагрузок от породоразрушающего инструмента при бурении.

Изменение угла искривления регулируемого отклоняющего устройства производится ступенчато, дискретность зависит от количества торцовых зубьев, располагаемых на сопрягаемых торцовых поверхностях муфты 1 и кривого переводника 2.

Для изменения угла искривления отворачивают ключами прямой переводник 4 на величину большую, чем высота торцовых зубьев кривого переводника. Перемещая муфту 1 по шлицам (шпонкам) центрального вала 3 в сторону прямого переводника 4 выводят ее торцевые зубья из зацепления с зубьями кривого переводника 2. Минимальным поворотом центрального вала 3 вместе с муфтой 1 относительно кривого переводника 2 устанавливают требуемый угол искривления регулируемого отклоняющего устройства. Это достигается путем совмещения маркированных шлицев с одинаковыми значениями выбранного угла искривления на муфте 1 и кривом переводнике 2. Перемещают муфту по центральному валу 3 до зацепления зубьев муфты 1 с зубьями кривого переводника 2. Заворачивают обратно прямой переводник 4, следя за тем, чтобы зубья муфты 1 и кривого переводника 2 не расцепились.

Таким образом, настоящее изобретение позволяет увеличить точность проводки скважины и увеличить срок службы регулируемого отклоняющего устройства.

1. Регулируемое отклоняющее устройство с концевыми присоединительными резьбами, состоящее из центрального вала с уплотнениями и с наружными резьбами, причем центральный вал имеет искривленный участок под углом α, снаружи центрального вала расположена с возможностью перемещения вдоль центрального вала по шлицам или по шпонкам муфта, на одном из торцов которой выполнены торцевые зубья, на один конец центрального вала навинчен кривой переводник с торцевыми зубьями, взаимодействующими с торцевыми зубьями муфты, а на другой конец центрального вала навинчен прямой переводник, контактирующий с торцом муфты, отличающееся тем, что регулируемое отклоняющее устройство имеет четыре центрирующих участка L, L1, L2, L3, образованные с радиальным зазором между наружным диаметром центрального вала и расположенным над ним внутренним диаметром прямого или кривого переводников, причем радиальный зазор на данных участках должен быть не больше, чем радиальный зазор в резьбовом соединении центрального вала с прямым и кривым переводниками, при этом центрирующие участки L и L1 выполнены на центральном валу и прямом переводнике, а L2 и L3 выполнены на центральном валу и кривом переводнике.

2. Регулируемое отклоняющее устройство по п.1, отличающееся тем, что муфта имеет утолщение в виде сегмента усеченного конуса с углом наклона образующей α1.

3. Регулируемое отклоняющее устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что кривой переводник выполнен в виде лопастного центратора.