Стабилизатор

 

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для стабилизации бурового инструмента в наклонном стволе скважины. Цель изобретения - повышение точности проводки наклонного ствола скважины. Стабилизатор включает корпус 1, гильзу 2 с окнами 3 и расположенным на ее внутренней поверхности поршнем 4, втулку 7 из эластичного материала с опорными элементами 8, ограничитель 9 и узел управления гильзой 2. Поршень 4 образует с гильзой 2 и корпусом 1 верхнюю рабочую камеру (ВРК) 5 и гидравлически связанную с полостью корпуса 1 нижнюю рабочую камеру 6. Втулка 7 расположена в ВРК 5, а ее опорные элементы 8 - в окнах 3. Ограничитель 9 выполнен в виде кольцевого поршня, а узел управления гильзой 2 - в виде установленных в ВРК 5 зубьев 11 и выступов 12, которые жестко связаны соответственно с корпусом 1 и гильзой 2. Зубья 11 и выступы 12 установлены друг над другом и имеют на торцах профильные поверхности (ПП) 13,14. Между последними установлен шарик 15. Заполнена ВРК 5 жидкостью. Образована ПП 14 выступа 12 двумя наклоненными к центру выступа плоскостями. ПП 13 зуба 11 может быть выполнена в виде паза или наконечника. Стабилизатор приводится в действие включением бурового насоса. В наклонном стволе скважины в зависимости от величины угла наклона скважины шарики 15 могут находиться либо в центре выступа 12, либо на его периферийной части. В первом случае шарик 15 не препятствует перемещению гильзы 2 вверх, так как он размещается в пазу ПП 14. При этом втулка 7 сжимается между поршнями 4 и 9, а опорные элементы 8 выдвигаются из окон 3. За счет взаимодействия опорных элементов 8 со стенкой скважины долото разрушает забой преимущественно в направлении увеличения зенитного угла. При размещении шариков 15 на периферии ПП 14 выступа 12 стабилизатор находится в транспортном положении. 14 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„50„„1571193 А 1 (5!) 5 E 21 В 7/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

10>

1 ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4419244/23-03 (22) 17.03.88 (46) 15.06.90. Бюл. ¹ 22 (75) Е. С. Яблоков (53) 622.24.05 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 985235, кл. Е 2! В 7/08, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 1492008, кл. E 21 В 7/08, 1987. (54) СТАБИЛИЗАТОР (57) Изобретение относится к буровой технике и м. б. использовано для стабилизации бурового инструмента в наклонном стволе скважины. Цель изобретения — повышение точности проводки наклонного ствола скважины. Стабилизатор включает корпус 1, гильзу 2 с окнами 3 и расположенным на ее внутренней поверхности поршнем 4, втулку 7 из эластичного материала с опорными элементами 8, ограничитель 9 и узел управления гильзой 2. Поршень 4 образует с гильзой 2 и корпусом 7 верхнюю рабочую камеру (ВРК) 5 и гидравлически связанную с полостью корпуса 1 нижнюю рабочую камеру 6.

Втулка 7 расположена в ВРК 5, а ее опорные элементы 8 — в окнах 3. Ограничитель 9 выполнен в виде кольцевого поршня, а узел упИзобретение относится к буровой технике и может быть использовано для стабилизации бурового ийструмента в наклонном стволе скважины.

Цель изобретения — повышение точности проводки наклонного ствола скважины.

На фиг. схематично изображен стабилизатор; на фиг. 2 — то же, без управления гильзой, в транспортном; на фиг. 3 — то же, в рабочем положении; на фиг. 4 — сечение

А-А на фиг. 2; на фиг. 5 — то же, на фиг. 3; на фиг. 6 — забойный двигатель с одним старавления гильзой 2 — в виде установленнь:х в ВРК 5 зубьев 11 и выступов 12, которые жестко связаны соответственно с корпусом и гильзой 2. Зубья 11 и выступы 12 установлены друг над другом и имеют на торцах профильные поверхности (ПП) 13, 14. Между последними установлен шарик 15. Заполнена ВРК 5 жидкостью. Образована ПП 14 выступа 12 двумя наклоненными к центру выступа плоскостями. ПП 13 зуба 11 может быть выполнена в виде паза или наконечника.

Стабилизатор приводится в действие вк»ючением бурового насоса. В наклонном стволе скважины в зависимости от величины уг»а наклона скважины шарики !5 могут на:-;одиться либо в центре выступа 12, лиоо на его периферийной части. В первом случае шарик 15 не препятствует перемещению гильзы 2 вверх, так как он размещается в пазу

ПП 14. При этом втулка 7 сжимается между поршнями 4 и 9, а опорные элементы 8 выдвигаются из окон 3. За счет взаимодействия опорных элементов 8 со стенкой скважины долото разрушает забой преиму цественно в направлении увеличения зенитного угла. При размещении шариков 15 на периферии ПП 14 выступа 12 стабилизатор находится в транспортном положении, 14 ил. билизатором в наклонном стволе, зенитный угол которого меньше установленного значения; на фиг. 7 — то же, в наклонном стволе с зенитным углом, превышающем установленное значение; на фиг. 8 — положение рабочих органов узла управления гильзой, соответствующее фиг. 6; на фиг. 9 — то же, соответствующее фиг. 7; на фиг. 10 — забойный двигатель с двумя стабилизаторами в наклонном стволе скважины, зенитный угол которого меньше установленного значения; на фиг. 11 — то же, в наклонном стволе с

1571193 зенитным углом, превышающем установленное значение; на фиг. 12 — положение рабочих органов узла управления гильзой, соответствующее фиг. 10; на фиг. 13 — то же, соответствующее фиг. 11; на фиг. 14 — гильза стабилизатора в наклонном положении.

Стабилизатор включает трубчатый корпус 1, концентрично установленную на корпусе 1 с зазором гильзу 2 с окнами 3 и расположенным под ними на ее внутренней поверхности поршнем 4, образующим с гильзой 2 и корпусом 1 верхнюю 5 и нижнюю 6 рабочие камеры, установленную в верхней рабочей камере 5 над поршнем 4 гильзы 2 втулку 7 из эластичного материала с опорными элементами 8, расположенными в окнах 3 гильзы 2, установленный над втулкой 7, ограничитель 9 и узел управления гильзой 2.

Гильза 2 в месте размещения ограничителя 9 имеет цилиндрическую поверхность 10, диаметр которой меньше диаметра внутренней поверхности гильзы 2. Ограничитель 9 выполнен в виде кольцевого поршня. Узел управления выполнен в виде установленных в верхней рабочей камере 5 над кольцевым поршнем 9 и жестко связанных соответственно с корпусом 1 и гильзой 2 и расположенных равномерно по их периметру зубьев

11 и выступов 12, имеющих на обращенных друг к другу торцах профильные поверхности 13 и 14. На профильной поверхности 14 каждого выступа 12 расположен шарик 15.

Рабочие камеры герметизированы уплотнениями 16. Верхняя рабочая камера 5 заполнена жидкостью, а нижняя рабочая камера 6 через отверстия 17 гидравлически связана с полостью корпуса 1. Корпус 1 по концам имеет присоединительные резьбы 18. Профильная поверхность 14 выступа 12 образована двумя наклоненными под равным углом 8 к центру последнего плоскостями. Профильная поверхность 13 зуба 11 может быть выполнена по его оси либо в виде паза для размещения шарика 15 в рабочем положении стабилизатора, либо в виде наконечника.

Стабилизатор работает следующим образом.

Стабилизатор посредством резьбовых соединений 18 устанавливается в разъем корпуса забойного двигателя 19. Стабилизатор приводится в действие включением бурового насоса (не показан). При этом возможны два рабочих положения устройства.

Первое рабочее положение.

Если зенитный угол а скважины меньше угла 0 наклона плоскостей, образующих профильную поверхность 14 выступа 12, то шарик 15 занимает среднее положение на последней (фиг. 6, 8). Буровой раствор через отверстия 17 в корпусе 1 поступает в нижнюю рабочую камеру 6, увеличивая ее объем.

Гильза 2 с поршнем 4 перемещается в сторону кольцевого поршня 9, сжимая эластичную втулку 7. Это приводит к выдвижению опорных элементов 8 за наружную поверх5

1О

55 ность гильзы 2 за счет объемного сжатия материала эластичной втулки 7, причем сжатие последней происходит с двух сторон. Диаметр кольцевого поршня 9, расположенного в цилиндрической поверхности 10 гильзы 2, меньше, чем диаметр внутренней поверхности гильзы 2, поэтому при .движении гильзы 2 вверх объем верхней рабочей камеры 5 уменьшается, а жидкость вытесняет кольцевой поршень 9 вниз. Герметичность верхней рабочей камеры 5 обеспечивается уплотнениями 16. Шарик 15 находится в середине профильной поверхности 14 и не препятствует осевому ходу гильзы 2 относительно корпуса 1, так как он размещается в пазу профильной поверхности 13 зуба 11.

Назовем напряженное сжатое состояние эластичной втулки 7 «включено». Забойный двигатель 19 располагается в стволе скважины таким образом, что долото 20 прижимается к верхней стенке скважины за счет рычага

GOB с точкой опоры 0 в месте касания опорных элементов 8 стенки скважины. При этом происходит увеличение занитного угла наклонной скважины при бурении под действием отклоняющей силы В направленной вверх.

Второе рабочее положение.

Если зенитный угол а скважины больше угла 8 наклона плоскостей, образующих профильную поверхность 14 выступов 12, то шарик 15, занимает одно из крайних положений на профильной поверхности 14 и препятствует осевому ходу гильзы 2 относительно корпуса 1 (фиг. 7, 9). Под действием осевого усилия, приложенного к гильзе 2 относительно корпуса 1, в результате давления в нижней рабочей камере 6, шарик 15 зажат в крайнем положении зубом 11. Сжатия эластичной втулки 7 не происходит, а опорные элементы не выступают за диаметральные габариты гильзы 2, т. е. эластичная втулка 7 «включена». Забойный двигатель 19 располагается в скважине так, что долото 20 прижато к нижней стенке скважины. В этом случае происходит уменьшение зенитного угла скважины под действием силы В, отклоняющей долото 20 вниз.

При включении бурового насоса давление в нижней рабочей камере 6 и снаружи корпуса 1 выравнивается, эластичная втулка 7 смещает гильзу 2 в нижнее исходное положение. Опорные элементы 8 входят в окна 3 гильзы 2. Шарики 15 освобождаются от зажима между зубьями 11 и выступами 12.

При этом шарики 15 занимают одно из двух положений: либо в середине профильной поверхности 14, если зенитный угол я меньше угла 0 наклона плоскостей, образующих последнюю, либо крайнее положение, если зенитный угол а превышает величину 8.

Таким образом, переключение стабилитрона из одного рабочего состояния в другое и обратно происходит во время наращивания бурильного инструмента, когда вклю1571193 чается буровой насос. При большой интенсивности искривления производят дополнительные кратковременные остановки бурового насоса в промежутках между наращиваниями с целью уточнения углового положения забойного двигателя 19 по отношению к заданному значению зенитного угла а, что отражается на положении шариков 15.

Азимутальное расположение выступов 12 равномерно по отношению к апсидальной плоскости ствола скважины (фиг. 14). Из всех шариков 15, в крайнее положение смещаются те из них, которые находятся на профильной поверхности 14 выступа 12, одна из образующих плоскостей которой прошла через горизонталь. Смещаясь от указанной азимутальной позиции при проворачивании корпуса 1, шарик 15 возвращается в среднее положение. При этом, чем ближе к апсидальной плоскости находится образующая плоскость профильной поверхности 14, тем круче ее уклон к горизонтали 2) 1), где 8i, 8z — проекции угла 9 наклона плоскостей на апсидальную плоскость с ква ж и н ы.

Чем больше выступов 12 и шариков 15 расположено по периметру торцовой поверхности гильзы 2, тем выше чувствительность стабилизатора к отклонению траектории скважины от проектного зенитного угла.

Для эффективности управления траекторией ствола скважины при бурении в интервалах естественного роста зенитного угла, например поперек восстающего напластования, используется забойный двигатель с двумя стабилизаторами, причем второй стабилизатор устанавливается в верхней точке касания забойного двигателя 19 со стенкой ствола скважины.

Работа верхнего стабилизатора иллюстрируется на фиг. 10, 11, 12, 13. Профильная поверхность 13 зубьев 11 выполнена в виде наконечника. При зенитном угле а, меньше угла 8 наклона плоскостей, шарик 15, располагаясь в середине выступа 12, будет препятствовать осевому перемещению гильзы 2 относительно корпуса 1, т. е. эластичная втулка 7 «выключена».

Шарик 15 зажат между зубом 11 и выступом 12 (фиг. 12). Отклоняющая сила В на долото 20 создается стабилизатором, установленным в нижней части забойного двигателя 19. Если зенитный угол а превышает установленное значение 8 (фиг. 11, 13), то

5 шарик 15 смещается в одно из крайних положений и не препятствует осевому перемещению гильзы 2 относительно корпуса 1, что вызывает «включение» эластичной втулки 7 на верхнем стабилизаторе и выход опорных элементов 8 из окон 3 гильзы 2. Верхняя

10 точка касания забойного двигателя 19 со стенкой ствола скважины С смещается к оси скважины, причем нижний стабилизатор «выключен». В этом положении забойного двигателя обеспечивается активное снижение зе15 нитного угла под действием отклоняющей силы В, направленной вниз.

Формула изобретения

2О Стабилизатор, включающий трубчатый корпус, концентрично установленную на корпусе с зазором гильзу с окнами и расположенным под ними на ее внутренней поверхности поршнем, образующим с гильзой и кор25 пусом верхнюю рабочую камеру и гидравлически связанную с полостью корпуса нижнюю рабочую камеру, установленную в верхней рабочей камере над поршнем гильзы втулку из эластичного материала с опорными элементами, расположенными в окнах

30 гильзы, установленный над втулкой ограничитель и узел управления гильзой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности проводки наклонного ствола скважины, гильза в месте размещения ограничителя имеет цилиндрическую поверхность, диаä5 метр который меньше диаметра внутренней поверхности гильзы, ограничитель выполнен в виде кольцевого поршня, а узел управления гильзой — в виде установленных в верхней рабочей камере над кольцевым поршнем, жестко связанных соответственно с корпусом и гильзой и расположенных равномерно по их периметру зубьев и выступов, имеющих на обращенных друг к другу торцах профильные поверхности, и шарика, установленного на профильной поверхности каждого вы45 ступа, причем верхняя рабочая камера заполнена жидкостью.

1571193

Ч

17

1б

Фиа1

1571193

ФсlГ 7

1571193

1571193

73

14

4ьГ 72

Составитель В. Родина

Редактор И. Сегляник Техред А. Кравчук Корректор И.Муска

Заказ !493 Тираж 482 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ! !3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, IO!