Индикатор направления искривления наклонных скважин

 

Изобретение относится к области бурения . Цель изобретения - повышение точности , надежности работы и увеличение кол-ва замеров искривления за один спуск в скважину. Для этого индикатор содержит штырь (Ш) 15 .хвостовика и колпак (К) 18, которые установлены коаксиально и имеют ограничитель поворота колпака относительно Ш 15 в сторону на определенный угол. Ограничитель выполнен в виде кулачкового и храпового ме.ханизмов, рас

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1395817 А1 (50 4 E 21 В 47/022

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4114738 22-03 (22) 10.09.86 (46) 15.05.88. Бюл. № 18 (71) Днепропетровское отделение Института минеральных ресурсов (72) В. С. Щербачев, В. В. Большаков, И. В. Щербачев и В. П. Клименок (53) 622.242 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 735755, кл. Е 21 В 47/022, 1977.

Авторское свидетельство СССР № 1167311, кл. Е 21 В 47/022, 1983. (54) ИНДИКАТОР НАПРАВЛЕНИЯ ИСКРИВЛЕНИЯ НАКЛОННЫХ СКВАЖИН (57) Изобретение относится к области бурения. Цель изобретения — повышение точности, надежности работы и увеличение кол-ва замеров искривления за один спуск в скважину. Для этого индикатор содержит штырь (Ш) 15 хвостовика и колпак (К)

18, которые установлены коаксиально и имеют ограничитель поворота колпака относительно Ш 15 в сторону на определенный угол. Ограничитель выполнен в виде кулачкового и храпового механизмов, рас1395817 положенных в хвостовике. На торцовых поверхностях К 18 и Ш !5 выполнены рельефные метки. Индикатор имеет корпус, к которому подвешен несбалансированный экран на гибком тросе с возможностью продольного люфта относительно подшипниковых опор. Между тросом и корпусом размещен упругий элемент в виде пружины. Кулачковый механизм имеет кулачки пространственного типа, выполненные в теле Ш 15 в виде двух диаметрально противоположных винтовых шлицов, и коромысло-толкатель — в виде втулки 20 с двумя боковыми диаметрально противоположными отверсти ями. В последние свободно посажены сферические элементы в виде шаров 21. Втулка

Изобретение относится к бурению и может быть использовано для определения искусственных или естественных искривлений скважин.

Цель изобретения — повышение точнос- 5 ти, надежности работы и увеличение коли,чества замеров искривления за один спуск в скважину.

На фиг. 1 приведен индикатор направления искривления, общий вид; на фиг. 2— хвостовик шарнира, общий вид; на фиг. 3— вид А на фиг. 2; на фиг. 4 — — сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 — сечение В В на фиг. 2; на фиг. 6 — сечение экрана в момент взаимодействия с хвостовиком; на фиг. 7 = вид Г на фиг. 6.

Индикатор направления искривления

,наклонных скважин (фиг. 1) включает установленные в колонне бурильных труб (не показаны) два соединенных шарниром 1 узла, в одноу из которых (ведущем узле а) соосно с ним закреплен на шаровой пяте шарнира 1 хвостовик 2. В корпусе 3 другого узла (ведомого узла б) соосно с ним размещен регистратор в виде поршня 4 с осевым каналом в. Поршень 4 подпружинен относительно корпуса 3 пружиной 5, которая ограничена опорной шайбой 6. На поршне 4 жестко закреплена камера 7, в полости которой имеется эксцентрично расположенный груз 8 с жестко закрепленным на нем экраном 9, который вследствие эксцентрично смещенной массы груза 8 является несбалансированным экраном. Несбалансированный экран 9, так же как и регистратор (подпружиненный поршень 4), размешен соосно в корпусе 3 и установлен с возможностью вращения в подшипниковых опорах 10 груза 8 относительно регистрато20 установлена на Ш 15 коаксиально с К 18 и взаимодействует с кулачками. На втулке

20 размещено храповое .колесо 23 храпового механизма, а собачка его укреплена в основании К 18 и взаимодействует с колесом 23. Кол-во замеров за один спуск индикатора в скважину определяется кол-вом меток-спутников, последовательно отпечатываемых на экране, до совершения полного оборота К 18 вокруг Ш 15. 3а полный оборот К 18 относительно Ш 15 можно провести восемь отпечатков, т.е. восемь точек замера искривления. Уменьшив угол поворота К 18, можно увеличить кол-во точек замера искривления в два и более раз. 3 з. и. ф-лы, 7 ил. ра. В рабочем положении несбалансированный экран 9 подвешен к корпусу 3 в верхней его части на гибком тросе 11 с возможностью продольного люфта относительно подшипниковых опор 10. Между гибким тросом 11 и корпусом размещен упругий элемент в виде, например, пружины 12, которая вместе с тросом 11 крепится на кронштейне 13 переходника 14, служащего для соединения индикатора с бурильной колонной. В нижней части троса 11, проходя по осевому каналу в, крепится к цапфе груз 8.

Хвостовик (фиг. 2) имеет штырь 15 с иглой 16 и подпружиненный относительно штыря 15 пружиной 17 колпак 18. Игла

16, которая в исходном положении находится на уровне торца колпака 18, жестко закреплена по оси штыря 15 в его торцовой части с помощью штифта 19. Штырь 15 хвостовика и колпак 18 установлены коаксиально и имеют ограничитель поворота колпака 18 относительно штыря 15 в одну сторону на определенный угол.

Ограничитель поворота колпака 18 относительно штыря 15 выполнен в виде кулачкового и храпового механизмов, расположенных в хвостовике. Кулачковый механизм имеет кулачки пространственного типа, выполненные в теле штыря 15 в виде двух диаметрально противоположных винтовых шлицов Г (фиг. 2) . Кроме того, кулачковый механизм имеет коромысло-толкатель в виде втулки 20 с двумя боковыми диаметрально противоположными отверстиями, в которых свободно посажены сферические элементы в виде шаров 21 (фиг. 4) . Втулка

20 установлена коаксиально с колпаком 18 на штыре 15 хвостовика с возможностью

1395817 пятственно движется вдоль штыря 15. При этом втулка 20, являющаяся коромысломтолкателем кулачкового механизма, повернется относительно штыря вправо на определенный угол, так как этому не будет препятствовать храповой механизм (фиг. 5), т.е. втулка 20 через шары 21 будет взаимодействовать с кулачками пространственного типа в виде винтовых шлицов Г, которые нарезаны на определенную длину.

При движении колпака 18 в обратную сторону под действием сжатой пружины 17 втулка 20, навинчиваясь на геликоидальный штырь 15, поворачивается влево (относительно вида на фиг. 5) и через храповый механизм поворачивает относительно штыря

15 колпак 18. Таким образом, устройство хвостовика 2 (фиг. 1) позволяет при каждом возвратно-поступательном движении колпака 18 поворачивать последний относительно штыря 15 (фиг. 2) на определенный угол 1 в одну сторону. Угол поворота îñ колпака 18 относительно штыря 15 определяется углом наклона винтовых шлицов г и величиной осевого хода колпака относительно штыря.

Индикатор направления искривления наклонных скважин работает следующим образом.

Индикатор на колонне бурильных труб опускают в скважину на глубину замера искривления. При этом он устанавливается так, что ведомый узел б (фиг. 1) находится в интервале с известными координатами

55 з взаимодействия с кулачками в виде шлицев

Г через шары 21. С внешней стороны шары

21 ограничены штифтами 22.

Храповой механизм имеет храповое колесо 23, размещенное на втулке 20, и собачку 24 (фиг. 5), закрепленную в основании колпака 18 с возможностью взаимодействия с храповым колесом 23. Выполненный таким образом храповой механизм закрыт крышкой 25 и через подшипники скольжения 26 подпружинен пружиной 17.

Ведущий узел а (фиг. 1) выполнен, например, в виде обычной колонковой трубы с породоразрушающим инструментом 27.

Экран 9 (фиг. 6) представляет собой эластичное основание 28, покрытое пластич- 15 ной пленкой 29, на которой нанесена координатная сетка (фиг. 7), отражающая величину углов (в вертикальной и горизонтальных плоскостях) перекоса- осей ведущего и ведомого узлов индикатора.

В исходном положении торец колпака

18 опережает по высоте торец штыря 15 на величину не более длины иглы 16. На торцовых поверхностях штыря и колпа ка выполнены рельефные метки в виде радиальных ребер д и е (фиг. 3). В основании 25 штыря 15 (фиг. 2) имеются отверстия ж для прохода промывочной жидкости. При нажатии на колпак 18 последний беспре(зенитный и азимутальный углы) скважины, а ведущий узел а в интервале, подлежащем контролю.

При достижении интервала кривизны бурильную колонну с индикатором «встряхивают», т.е. в процессе спуска либо подъема на небольшом интервале колонну резко останавливают. При этом эксцентричный груз 8, подвешенный на тросе 11 и пружине

12, с экраном 9 совершает инерциальноколебательные продольные движения относительно подшип никовых опор 10, что позволяет избавиться от возможного зашламовывания цапф груза 8 в опоры и снизить коэффициент трения в этой паре, а в целом увеличить точность установки несбалансированного экрана 9 в апсидальной плоскости скважин даже при малых зенитных углах последней (порядка 2 — 3 ) .

Установив индикатор на требуемой глубине и произведя операции по уточненнои ориентировке экрана, в бурильную колонну подают промывочную жидкость. Наличке в поршне 4 отверстия малого диаметра об;:. печивает образование избыточного давления в полости и ведомого узла, под дей ствием которого вся система (поршень 4. эксцентричный груз 8 с экраном 9) движется вниз до упора в хвостовик 2 (фиг. 1).

Двигаясь вниз, экран 9 упирается в торец колпака 18 (фиг. 2), который опускается также вниз до упора экрана в торец штыря

15, при этом игла 16 входит в экран и оставляет на нем метку.

При взаимодействии хвостовика с экраном на его пластичной пленке 29 помимо основной метки, наносимой иглой 16 (фиг. 2), наносятся еще две метки-спутника в виде радиальных рисок (фиг. 7) — отпечатков рельефных меток g и е, выполненных на торцах колпака 18 и штыря 15 (фиг. 3).

Причем в исходном положении (при подготовке индикатора) эти метки совмещают отпечаток 30 (фиг. 7). После производства первого укола подача промывочной жидкости прекращается, поршень 4 под воздействием пружины 5 (фиг. 1) возвращается в исходное положение, отрываясь от хвостовика 2. При этом колпак 18 (фиг. 2) хвостовика, освобожденный от контакта с экраном, движется поступательно под воздействием пружины 1i с одновременным поворотом относительно штыря 15 на угол как это было описано выше. На фиг. 7 этот угол составляет порядка 45 . Таким образом, при единичном уколе на пластичной пленке 29 экрана 9 отпечатываются три метки: центральная метка от укола иглы, фиксирующая отклонение оси ведущего узла относительно ведомого, приращения зенитного и азимутального углов скважи ны на интервале измерения, а также две меткиспутника, образуемые торцом хвостовика i. фиксирующие порядковый номер замера ис1395817

Формула изобретения кривления по величине угла e., отсчитываемый в одном направлении. Произведя единичный замер, буровой инструмент совместно с индикатором опускают на глубину для производства следующего замера, и операция повторяется. Причем при необходимости непрерывного контроля искривления на определенном интервале индикатор опускают так, чтобы при последующем замере ведомый узел занял положение ведущего узла в предыдущем замере, т.е. при очередном замере инструмент опускают на глубину, соответствующую длине ведущего узла а (фиг. 1).

Количество замеров за один. спуск индикатора в скважину определяется количеством меток-спутников, последовательно отпечатываемых на экране, до совершения полного оборота колпака 18 вокруг штыря 15.

Причем это количество зависит от величины угла сс единичного поворота колпака относительно штыря. На фиг. 7 представлено три отпечатка 30, 31 и 32 замеров на пленке экрана (четвертый отпечаток 33 закрыт сечением торца хвостовика) . Первый отпечаток 30 произведен при совмещенных ра диальных метках-спутниках на торцах колпака и штыря, второй отпечаток 31 произведен после поворота метки е на колпаке (фиг. 3) относительно метки g на штыре на угол о (в нашем случае он равен 45 ), третий отпечаток 32 произведен при повороте колпака относительно штыря на угол

2 ос.и т.д. За полный оборот колпака относительно штыря можно произвести восемь отпечатков, т.е. восемь точек замера искривления. Уменьшив угол поворота колпака

Ch можно увеличить количество точек замера искривления вдвое и более раз.

После проведения серии замеров можно, не поднимая индикатор на поверхность, произвести углубку скважины на интервал, соответствующий длине ведущего узла а т.е. длине колонковой трубы. Этому .благо- 40 приятствует свободный проход промывочной жидкости по каналу в поршня 4 (фиг. 1) в ведущий узел через отверстия ж (фиг. 2) в основании хвостовика с последующим поступлением на забой. Однако при этом пель- 45 зя прекращать и возобновлять подачу про мывочной жидкости, чтобы не производить нерегистрируемых замерных меток на экране.

Затем индикатор извлекают из скважины и определяют величину искривления. Рас- 50 стояние, регистрируемое на экране, от метки укола до центра соответствует полному углу искривления нового направления ствола скважины относительно предыдущего, а зеркальное отображение расположения центральной метки на координатной сетке экрана — направлению нового ствола скважины. Повышение точности достигается за счет того, что серия замеров искривления производится уколами одной жестко закрепленной иглы при неизменной величине продольного хода регистратора, ограниченного от избыточного давления на хвостовик, а очередность отпечатков характеризуется нанесением дополнительных меток-спутников, в определенном порядке изменяющих свое положение один относительно другого (при произведении очередного замера с помощью кулачкового и храпового механизмов, вмонтированных в хвостовик. Это повышает надежность работы индикатора и исключает неопределенность контроля, например, при совпадении координат скважины в двух (или более) смежных точках замера искривления.

Предлагаемый индикатор позволяет увеличить количество замеров за один спуск в скважину, а включение в состав индикатора продольно-вибрационной подвески (гибкий трос, пружина) для чувствительного ориентирующего элемента экрана позволяет производить замеры при малых зенитных углах скважины и в зашламованной среде промывочной жидкости.

1. Индикатор направления искривления наклонных скважин, включающий установ ленные в колонне бурильных труб два сое диненных шарниром узла, в одном из которых соосно с ним закреплен на шаровой плите шарнира хвостовик, который имеет штырь с иглой и подпружиненный относительно штыря колпак, а в корпусе другого узла соосно размещены регистратор в виде подпружиненного относительно корпуса поршня и несбалансированный экран, установленный с возможностью вращения в подшипниковых опорах относительно регистратора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, надежности работы и увеличения количества замеров искривления за один спуск в скважину, штырь хвостовика и колпак установлены коаксиально и имеют ограничитель поворота колпака относительно штыря в одну сторону на определенный угол, а на торцовых поверхностях колпака и штыря выполнены рельефные метки, при этом несбалансированный экран подвешен к корпусу на гибком тросе с возможностью продольного люфта относительно подшипниковых опор.

2. Индикатор по п. 1, отличающийся тем, что ограничитель поворота колпака относительно штыря выполнен в виде кулачкового и храпового механизмов, которые расположены в хвостовике.

3. Индикатор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что кулачковый механизм имеет кулачки пространственного типа, выполненные в теле штыря в виде двух диаметрально противоположных винтовых шлицов, и ко1395817

Фаг.3 ромысло-толкатель — в виде втулки с двумя боковыми диаметрально противоположными отверстиями, в которые свободно посажены сферические элементы, при этом втулка установлена на штыре коаксиально с колпаком с возможностью взаимодействия с кулачками, храповое колесо храпового механизма размещено на втулке, а собачка закреплена в основании колпака с возможностью взаимодействия с храповым колесом.

4. Индикатор по п. I, - отличающийся тем, что между гибким тросом и корпусом размещен упругий элемент в виде пружины.

1395817

В-В

Вид Г

Составитель А Цветков

Редактор А. Долинич Техред И. Верес Корректор В. Гирняк

Заказ 1968/34 Тираж 531 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” -35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4