Отклонитель для бурения скважин роторным способом

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к отклонителям, используемым при бурении наклонных и горизонтальных скважин. Отклонитель содержит бурильную колонну с долотом, выше которого размещена муфта с возможностью перемещения как вдоль, так и вокруг оси отклонителя. Отверстие для прохода бурильной колонны смещено относительно центра муфты. Муфта выполнена ребристой, по ребрам муфты расположены опорные поверхности, диаметр муфты равен диаметру долота. Такое выполнение муфты за счет отклонения оси бурильной колонны от оси скважины позволяет изменить направление бурения. Обеспечена простота и надежность конструкции отклонителя. 2 ил.

 

Предлагаемое решение относится к области бурения наклонных и горизонтальных скважин.

Известна управляемая система бурения, содержащая выдвигающиеся башмаки, активацию которых гидравлически контролирует клапан. Будучи прижат к стенке скважины, отталкиваясь от нее, башмак поворачивает компонку низа бурильной колонны в желаемом направлении. (Заявка №2422387 Великобритании, Е21В 7/06). Гидравлически управляемые системы ненадежны в жестких условиях бурения, поскольку при высокой частоте возвратно-поступательных движений башмаков образуется повышенный износ в абразивной среде бурового раствора, а также высока вероятность забивания и заклинивания из-за попадания в полости под башмаками шлама.

Известны отклонители для наклонно-направленного бурения скважин роторным способом, основанные на применении изогнутого в средней части корпуса, полого вала, состоящего из двух частей, и узла блокировки полого вала. (Патент №2112128, РФ, МПК Е21В 7/08; патент №2236539, РФ, МПК Е21В 7/08).

В качестве прототипа выбрано изобретение по патенту №2236539, РФ, МПК Е21В 7/08. Отклонитель для наклонно-направленного бурения включает между долотом и бурильной трубой изогнутый в средней части корпус, наддолотный центратор с опорными поверхностями, полый вал, связанный с долотом, узел блокировки полого вала, выполненный в виде установленной в корпусе с возможностью перемещения в осевом направлении подпружиненной муфты. Подпружиненная муфта выполнена с внутренними и наружными шлицами, находящимися в зацеплении соответственно со шлицами полого вала и шлицами втулки, закрепленной в корпусе отклонителя. Работой отклонителя управляют изменением расхода промывочной жидкости. Известное устройство сложно в изготовлении и ненадежно в работе, поскольку содержит большое количество деталей, воспринимающих осевые и радиальные нагрузки от долота. Управление работой с помощью гидравлики также ненадежно.

Предлагаемое решение направлено на создание простой и надежной конструкции отклонителя для роторного бурения.

Отклонитель для бурения скважин роторным способом включает бурильную трубу с долотом и наддолотным центратором, муфту, способную перемещаться вдоль оси отклонителя, стопорные элементы, один из которых расположен на муфте, а также опорные поверхности. В предлагаемом решении вал выполнен в виде участка компоновки низа бурильной колонны (КНБК), муфта расположена между верхним и нижним переводниками с возможностью перемещения вокруг оси, стопорные элементы выполнены на нижнем переводнике и нижнем торце муфты, расстояние между переводниками превышает суммарную длину муфты и стопорных элементов, ось отверстия в муфте для прохода вала смещена относительно оси муфты, опорные поверхности расположены по поверхности муфты, а диаметр муфты соразмерен с диаметром долота.

На фиг.1 представлен общий вид компоновки низа бурильной колонны (КНБК) с отклонителем для бурения скважин роторным способом. На фиг.2 - поперечный разрез по А-А. КНБК содержит долото 1, центратор 2, бурильную трубу 3, нижний переводник 4, стопорные элементы 5 и 6, муфту 7, опорные поверхности 8, вал 9, осевую опору 10, опору скольжения 11, верхний переводник 12. δ - величина эксцентриситета муфты 7, φ - угол перекоса бурильной компоновки.

Над долотом 1 расположен центратор 2, диаметр которого равен диаметру долота 1. Выше центратора 2 расположена бурильная труба 3, от длины и жесткости которой зависит величина φ, затем между двумя переводниками 4 и 12 на валу 9 размещена муфта 7. На нижнем торце муфты 7 расположен стопорный элемент 6, выполненный в данном случае в виде зуба. На верхнем конце нижнего переводника 4 расположен ответный стопорный элемент 5. Переводники 4 и 12 ограничивают передвижение муфты 7 в осевом направлении, расстояние между ними превышает суммарную длину муфты 7 и стопорных элементов 5 и 6 в разомкнутом состоянии. Муфта 7 способна к перемещению как в осевом направлении по опоре скольжения 11, так и вокруг вала 9 по осевой опоре 10, и выполнена ребристой для обеспечения прохода промывочной жидкости в процессе бурения, по ребрам муфты 7 расположены опорные поверхности 8. Диаметр муфты по опорным поверхностям равен диаметру долота 1 и диаметру центратора 2. Отверстие в муфте 7 для прохода вала 9 смещено относительно оси муфты 7 на величину δ, зависящую от жесткости КНБК и диаметра муфты 7.

При спуске КНБК с отклонителем на забой скважины за счет сил трения о стенки скважины, усиленных действием опорных поверхностей 8, и с учетом того, что диаметр муфты 7 равен диаметру долота, муфта 7 не вращается вокруг своей оси и находится в верхней части своего хода по валу 9. При этом стопорные элементы 5 и 6 находятся в расцепленном состоянии, тем самым давая возможность проворачиваться валу 9 относительно муфты 7.

При достижении забоя скважины проверяют положение отклонителя в скважине. Если положение отклонителя соответствует расчетному, начинают бурение, при этом за счет отклонения оси бурильной колонны 3 и вала 9 (φ) от оси скважины происходит изменение направления бурения. Если положение отклонителя не соответствует расчетному, то останавливают вращение КНБК и приподнимают долото 1 на высоту, которая обеспечит перемещение муфты 7 в крайнее нижнее положение к нижнему переводнику 4. Для приведения в зацепление стопорных элементов 5 и 6 КНБК поворачивают вокруг своей оси, при этом для надежности необходимо сделать один полный оборот и довернуть на угол, соответствующий расчетному положению отклонителя. Затем КНБК опускают до забоя, дают нагрузку на долото 1, обеспечивая прижатие муфты 7 к стенке скважины, и включают вращение, увеличивая нагрузку до необходимой величины.

Для более устойчивого сохранения направления бурения над долотом 1 установлены центратор 2 с опорными поверхностями и бурильная труба 3, от длины которой и от эксцентриситета муфты δ будет зависеть величина угла перекоса φ и, соответственно, интенсивность набора необходимого угла отклонения скважины.

Отклонитель для бурения скважин роторным способом, включающий бурильную трубу с долотом и наддолотным центратором, муфту, способную перемещаться в осевом направлении, стопорные элементы, один из которых расположен на муфте, а также опорные поверхности, отличающийся тем, что вал выполнен в виде участка компоновки низа бурильной колонны, муфта расположена между верхним и нижним переводниками с возможностью перемещения вокруг оси вала, стопорные элементы расположены на нижнем переводнике и нижнем торце муфты, расстояние между переводниками превышает суммарную длину муфты и стопорных элементов, ось отверстия в муфте для прохода вала смещена относительно оси муфты, опорные поверхности расположены по поверхности муфты, а диаметр муфты соразмерен с диаметром долота.