Устройство ориентирования отклонителя в наклонном стволе скважины

 

Изобретение относится к наклонно направленному бурению нефтегазовых скважин. Цель - повышение точности и надежности ориентации при малых зенитных углах. Для этого дебаланс 26 выполнен с уступом 25, а арретирующий механизм - в виде выходного вала 12. На одном конце вала 12 установлен запорный элемент генератора 4 гидроимпульсов управляемой муфты одностороннего свободного хода. Наружная обойма 19 муфты кинематически связана с приводным валом 30 с возможностью совершения крутильных колебательных движений. Сепаратор 21 управляемой муфты выполнен с упругим элементом, предназначенным для взаимодействия с уступом 25. Устройство имеет установленную в силовом корпусе 2 герметичную маслонаполненную камеру 1, в которой размещен арретирующий механизм и дебаланс 26. При установке отклонителя в заданном направлении давление промывочной жидкости в монифольде соответствует номинальному значению. При этом дебаланс 26 занимает нейтральное положение и уступ 25 устанавливается на траектории движения. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 E 21 В 47/022

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

9 6 л

4 г! го . б

6 а гг

В

М гг г5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР. (21) 4489091/31-03 (22) 03.10.88 (46) 23 ° 10.90. Бюл. 39 (71) Ивано-Франковский институт нефти и газа (72) Г. Г.Семак, Н.Н.Ногач, И. А. Коваленко, В.ф. Пундор и В.Ю.Лицук (53) 622.241.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР Г 1002549, кл. Е 21 В 47/022, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Ю 194692, кл. F. 21 В 45/00, 1965.

Авторское свидетельство СССР

N 1266977, кл. Е 21 В 47/022, 1985.

„„SU„„1601363 А1

2 (54) УСТРОЙСТВО ОРИЕНТИРОВАНИЯ ОТКЛОНИТЕЛЯ В НАКЛОННОМ СТВОЛЕ СКВАЖИНЫ (57) Изобретение относится к наклонно направленному бурению нефтегазовых скважин. Цель - повышение точности и надежности ориентации при малых зенитных углах., Для этого дебаланс 26 выполнен с уступом 25, а арретируюц ий механизм — в виде выходного вала 12 °

На одном конце вала 12 установлен запорный элемент генератора 4 гидроимпульсов управляемой муфты одностороннего свободного хода. Наружная обойма 19 муфты кинематически связа1601363 на с приводным валом 30 с возможностью совершения крутильных колебательных движений. Сепаратор 21 управляемой муфты выполнен с упругим элемен5 том,. предназначенным для взаимодейст:вия с уступом 25. Устройство имеет установленную в силовом корпусе 2 герметичную маслонаполненную камеру

1, в которой размещен арретирующий

Изобретение относится к технике наклонно направленного бурения нефте газовых скважин, а именно к устройст. вам, ориентирующим направление буре :ния наклонно направленной скважины.

Цель изобретения — повышение точ,: ности и надежности ориентации при

1 .малых зенитных углах.

На Фиг. 1 приведено устройство ориентации отклонителя, на Фиг. 2 разрез А-А на Фиг. 1 при несогласованности положения дебаланса с плоскостью действия отклонения,на фиг.3 разрез Б-Б на фиг. 1, на Фиг. 4 разрез А- А на Фиг, 1 при согласованности равновесия дебаланса с плоскос тью действия отклонения, на фиг. 5 разрез Б-Б на фиг. 1 при согласованности равновесия дебаланса с плоскостью действия отклонения.

Устройство содержит герметичную маслонаполненную камеру 1, установленную в силовом корпусе ? (в качест ве которого использован силовой элемент бурильной колонны) на проточных опорах 3 ° В верхней части камеры

1 расположен генератор 4 гидроимпульсов, предназначенный для сигнализации на дневную поверхность путем периодического повышения давления при несовпадении положения отклонителя с заданным направлением в процессе ориентирования, а также в процессе бурения. Генератор 4 представляет собой перегородку круглого сечения с располаченными в диаметральном направлении насадкой 5 определенного сечения и седлом 6, которое периодически закрывается и открывается, например, при уходе отклонителя от заданного направления и постоянно открыто при положении отклонителя в заданном направлении. Отверстия служат для отвода промывочной жидкос. ти с нижней зоны генератора 4 гид15

55 механизм и дебаланс ?6. При установке отклонителя в заданном направлении давление промывочной жидкости в монифольде соответствует номинальному значению. При этом дебаланс 26 занимает нейтральное положение и уступ

25 устанавливается на тректории движения. 5 ил. оимпульсов в общую циркуляцию бурильной колонны. Запорный элемент генератора 4 выполнен в виде заслонки

8 с твердосплавной пластиной 9,находится в поджатом состоянии к нижней поверхности перегородки генератора 4 и может вращаться вокруг общей оси устройства.

В герметичной части камеры 1 расположены остальные элементы устройства, причем весь его объем заполнен техническим маслом с целью полной изоляции их от агрессивного воздействия промывочной жидкости. Внутри камеры 1 в подшипниковых опорах 10 и

11 расположен выходной вал 12. Верхняя опора 10 укреплена в камере 1 крышкой 13. В последней размещена уплотнительная манжета 14, удерживающаяся в осевом направлении крышкой 15. Манжета 14 герметизирует верхний конец вала 12, на котором установлена заслонка 0„ На нижнем конце вала 12 жестко укреплены подшипник 16 и внутренняя обойма 17 управляемой муфты одностороннего свободного хода. Наружная поверхность обоймы 17 выполнена в виде многогранника, например шестигранника.

На наружной обойме подшипника 16 жестко укреплен диск 18„ а по отношению к нему жестко напрессована наружная обойма 19 управляемой муфты. Клинящие тела муфты одностороннего свободного хода представляют собой цилиндрические ролики 20, размецающиеся в сепараторе 21, который связан жестко с поводком 22. Спиралеобразная пружина 23 одним концом защемлена на нижнем торце вала 12, а другим концом защемлена поводком 22 и предназначена для введения роликов .20 в клин между обоймой 19 и шестигранной обой мой 17 посредством поводка 22 и сепаратора 21. На торце поводка 22 экс5 16 центрично укреплен упругий элемент ! в виде следящей пружины 24 со свободным нижним концом. Последний. предназначен для взаимодействия с уступом

25 на верхнем торце дебаланса 26. установленного в подшипниковых опорах

27 и 28. В нижнем конце камеры 1 приварено основание ?9 в центральной части которого установлен приводной вал 30, производящий передачу вращающего момента незначительной величины от забойного двигателя (турбобура) кулисному механизму. Вал 30 герметизирован уплотнением 3 1, поджатым крышкой 32. Кулисный механизм устройства содержит кулису 33, находящуюся во взаимодействии с водилом

34„ укрепленным на приводном валу

30, и предназначен для преобразования вращательного движения вала 30 в крутильные колебательные движения кулисы 33. Кулиса 33 установлена на штанге 35, расположенной в опорах

36 и 37 ° Штанга 35 предназначена для передачи качающего движения кулисы

33 диску 18 посредством зубчатого зацепления. Зубья 38 Фрезерованы на образующей диска 18 в секторе по протяженности, обеспечивающей передачу полной амплитуды крутильных колебаний кулисы 33. Зубчатое колесо (шестерня) 39 жестко установлено на штанге 35. Выходной вал 12 и управляемая муфта одностороннего свободного хода, взаимодействующая с уступом 25 дебаланса 26 и кинематически связанная с приводным валом, пред ставляют собой арретирующий механизм.Устройство работает следующим образом.

Предварительно на поверхности ориентируемый отклонитель жестко закрепляют с нижней частью корпуса

2 устройства. В горизонтальном положении устройство с отклонителем сначала поворачивают по отношению к вертикальной плоскости, проходящей через ось устройства так,. чтобы метка плоскости действия отклонителя совпадала с заданным углом установки отклонителя. После этого камеру 1 проворачивают в корпусе 2 до момента, при котором дебаланс 26 станет в нейтральное положение, т.е. его

1 центр тяжести и опоры 27 и 28 окажутся в вертикальной плоскости. В этом случае для удобства контроля нейт01363 6 рального положения дебаланса 26 необходимо провернуть камеру 1 в положение, чтобы насадка 5 и седло 6

5 находились в вертикальной плоскости, причем насадка 5 должна находиться выше седла 6. Устройство с отклонителем устанавливают непосредственно над забойным двигателем, причем при свинчивании замковой резьбы одновременно сочленяется приводной вал

30 с валом забойного двигателя в верхней его части известным приемом.

Производят спуск бурильной колонны к забою скважины и начинают бурение с достижением расчетных режимных параметров. Иедленно вращают ротор вправо и наблюдают за показанием манометра в манифольде буровой.

20 Случай наличия периодического изменения давления от номинального значения означает несовпадение отклонителя с заданным направлением. При этом в устройстве происходит смеще25 ние дебаланса 26 и соответственно уступа 25 с нейтрального положения.

Вал 30, вращаясь от вала турбобура, приводит во вращательное движение водило 34„ а оно, в свою очередь, в

gp колебательное движение кулису 33 .

Последняя посредством штанги 35. шестерни 39, зубьев 38 сообц|ает диску 18 и, соответственно, наружной обойме 19 управляемой муфты также

„ крутильные движения. Благодаря отсут" ствию противодействия спиралеобразной пружины 23 со стороны следящей пружины 24 поводок 22 посредством сепаратора 21 способствует Постоян40 ному одностороннему подниму роликов

20 в клин между обоймой 19 и обоймой

17 муфты одностороннего свободного хода. За счет клина роликов 20 обойма 19 передает вращательный момент

4 только одного направления обойме

17. Силы трения не позьоляют вращаться валу 12 в обратном направлении при свободном обратном ходе наружной обоймы 19 управляемой муфты.

Таким образом, через каждый цикл качания кулисы 33 происходит поворот обоймы 17, à соответственно, и вала

12 с заслонкой 8 на определенный сектор круга, причем величина протя5 женности сектоРа зависит от амплитуды колебания кулисы 33.

Отсутствие противодействия пружи" не 23 со стороны следящей пружины

24 обусловлено потерей нейтрал.ьного

1601363 положения дебаланса 26 и смещением уступа 25 с траектории 40 i перемещения свободного конца пружины 24, которая вращается вместе с поводком

22..

Таким образом, при уходе отклони" теля от заданного направления проис-, ходит периодическое повышение давле" ния определенной частоты.

При установке отклонителя в заданном направлении давление промывочной жидкости в манифольде соответствует номинальному значению. -В дан- 15 нфм случае дебаланс 26 занимает нейтральное положение и уступ 25 устанавливается на траектории 40 движения свободного конца .следящей пружин 24. При их совместном контакте происходит торможение поводка 22 и т м самым закручивание пружины 23, а это, в свою очередь, приостанавливаei сепаратор 21 с роликами 20 в свободном ot клина положении. В этом 25 случае обойма 19 не может передавать момент обойме 1.7 и, соответственно, выходной вал 12 с заслонкой 8 и пласт 1ной 9 останавливаются в определенйом положении, при котором седло 6 всегда открыто.

Устройство позволяет достичь высокой точности ориентирования благодаря использованию крайне незначительной энергии для управления муфтой свободного хода..Формула и зобрет ения

Устройство ориентирования отклонителя в наклонном стволе скважины, содержащее силовой корпус с каналами для прохода бурового раствора, установленный в корпусе генератор гидроимпульсов с запорным. элементом, дебаланс, приводной вал, предназначенный для соединения с валом забойного двигателя, и арретирующий меха" низм, связанный с дебалансом, приводным валом и запорным элементом генератора гидроимпульсов, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности ориентации при малых зенитных углах, дебаланс выполнен с уступом, арретирующий механизм выполнен в виде выходного вала, на одном конце которого установлен запорный элемент генератора гидроимпульсов управляемой муфты одностороннего свободного хода, наружная обойма которой кинематически связана с приводным валом с возможностью совершения крутильных колебательных движений, а сепаратор управляемой муфты выполнен с упругим элементом, предназначенным для взаимодействия с уступом дебаланса, а устройство снабжено установленной в силовом корпусе герметичной маслонаполненной камерой, при этом арретирующий механизм и дебаланс размещены в этой камере.

1601363

5-Е

ФагЗ

b-6

4-А

Составитель Ю.Лупичева

Техред М.Дидык Корректор О.Ципле

Редактор С.Патрушева

Заказ 3258 Тираж 489 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101