Устройство для стабилизации азимутального направления бурового снаряда

 

Изобретение относится к технике бурения наклонно-направленных скважин и позволяет повысить точность стабилизации азимутального направления ствола скважины при отклонении его от заданного направления . Устройство содержит корпус (К) 3 основного стабилизатора(С) 1 и эксцентрично установленный над ним К 4 дополнительного С 2. В продольных пазах КЗ и 4 размещены толкатели 5 и 6 и опорные элементы 7 и 8 в виде пластин из эласт.ичного материала. При этом С 1 и 2 имеют гидравлические узлы. Один из узлов выполнен в виде гильзы 11 с кольцевым поршнем 12, образующим с внутренней поверхностью гильзы 11 и К 3 верхнюю и нижнюю рабочие камеры 13 и 14. Другой гидравлический узел выполнен в виде плунжеров 22, расположенных в камерах 24. Камеры 14 и 24 гидравлически связаны с внутренними полостями соответственно КЗ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .

РЕСПУБЛИК () 9) (11) (9()9 Е 21 В 7/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2b

« Р го

53 11 в 19

16 в в

Фиг.! (21) 4698400/03 (22) 01.06.89 (46) 07.10.91. Бюл, ¹ 37 (75) Е.С.Яблоков (53) 622.242(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N985235,,кл. Е.21 В 7/08, 1981.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1608017, кл. Е 21 В 7/08, 1989. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ

АЗИМУТАЛЬНОГО НАПРАВЛЕНИЯ БУРОВОГО СНАРЯДА

I (57) Изобретение относится к технике бурения наклонно-направленных скважин и позволяет повысить точность стабилизации эзимутального направления ствола скважи2

1 г

24

А

Eg

52

51

35 ны при отклонении его от заданного направления. Устройство содержит корпус (К) 3 основного стабилизатора (С) 1 и эксцентрично установленный над ним К 4 дополнительного С 2. В продольных пазах К 3 и 4 размещены толкатели 5 и 6 и опорные элементы 7 и

8 в виде пластин из эластичного материала.

При этом С 1 и 2 имеют гидравлические узлы, Один из узлов выполнен в виде гильзы

11 с кольцевым поршнем 12, образующим с внутренней поверхностью гильзы 11 и К 3 верхнюю и нижнюю рабочие камеры 13 и 14.

Другой гидравлический узел выполнен в виде плунжеров 22, расположенных в камерах

24. Камеры 14 и 24 гидравлически связаны с внутренними полостями соответственно К 3

1682512 и 4 посредством отверстий 15 и 25. В поршне 12 выполнена полость 19 в виде расположенных V-образно сообщающихся наклонных призм (П), а в К 4 выполнены карманы 27 в виде радиально направленных

А-образно расположенных П. Боковые ребра П параллельны торцовой полости К 3, 4 и симметричны относительно плоскости эксцентриситета. В полости 19 и карманах

Изобретение относится к технике бурения наклонно-напpàíëåíHûх скважин и предназначено для выправления отклонения ствола от заданного направления.

Цель изобретения — повышение точности стабилизации азимутального направления ствола скважины.

На фиг. 1 приведено устройство для стабилизации направления бурового снаряда, на фиг, 2 — сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — сечение Б — Б на фиг. 1; на фиг, 4 — сечение

В-В на фиг, 1; на фиг. 5 — сечение à — Г на фиг, 1; на фиг, 6 — сечение Д вЂ” Д на фиг, 1; на фиг, 7 — сечение Е-Е на фиг, 1; на фиг, 8 — сечение

3 — 3 на фиг. 6; на фиг. 9 — схема срабатывания стабилизаторов .при размещении устройства в исправленном стволе скважины; на фиг, 10 — схема взаимодействия компоновки бурильного инструмента, оснащенного устройством, со стенками ствола скважины, вид И на фиг. 9.

Устройство для стабилизации азимутального направления бурового снаряда включает два стабилизатора; основной стабилизатор 1 и установленный над ним эксцентрично дополнительный стабилизатор 2.

В корпусе 3 основногс и корпусе 4 дополнительного стабилизаторов 1 и 2 диаметрально противоположно выполнены пазы, в которых расположены толкатели 5 и 6 и опорные элементы 7 и 8 в виде пластин иэ эластичного материала, Эксцентричная масса стабилизаторов выполнена в виде шариков 9 и 10. В полости корпуса 3 установлены вал турбобура (не показаны). Гидравлический узел стабилизатора 1 выполнен в виде концентрично размещенной на корпусе 3 гильзы 11 с кольцевым поршнем 12, образующим с внутренней поверхностью гильзы 11 и корпуса 3 верхн.ою

13 и нижнюю 14 рабочие камеры, Нижняя камера 14 гидравлически связана с полостью корпуса 3 отверстиями 15 и герметизирована уплотнениями 16. Верхняя камера

13 оборудована сальниксм 17, исключаю20

27 размещены шарики 9 и 10, При подаче бурового раствора толкатели 5 и 6 перемещаются и сжимают опорные элементы 7, 8, которые формируют противоположно направленные отклоняющие усилия на стенки скважины. Это приводит к выправлению азимутального отклонения ствола скважины. 10 ил. щим попадания в нее образивных частиц.

Толкатели 5 имеют ступенчатую конфигурацию, расположены в верхней камере 13 и подпружинены относительно корпуса 3 в осевом направлении пружинами 18. В кольцевом поршне 12 основного стабилизатора

1 в основании верхней рабочей камеры 13 выполнена полость 19 в виде расположенных Ч-образно сообщающихся наклонных призм, боковые ребра которых расположены под углом 2О друг к другу, параллельны торцовой плоскости корпуса 2 и симметрины относительно плоскости эксцентриситета (плоскости отклонителя). Шарик 9 размеще:., в полости 19.

Корпус 3 оснащен соединительными реэьбами 20 для связи его с компоновкой бурильного инструмента. На верхней муфте корпуса 3 нанесена установочная метка 21, соответствующая плоскости эксцентриситета (плоскос и отклонителя), Гидравлический узел дополнительного стабилизатора 2 выполнен в виде двух плунжеров 22 с уп.потнениями 23, ко".îðûå расположены над толкателями 6 в камерах 24, которые выполнены в коргусе 4 и гидравлически связаны с его внутренней полостью отверстиями 25. Холкатели 6 стабилизатора

2 снабжены упорами 26, которые размещены в карманах 2? . Карманы 27 выполнены в корпусе 4 в виде радиально направленных

А-образно расположенных призм, боковые ребра которых расположены под углом 2О друг к другу, параллельны торцовой плоскости корпуса 4 и симметричны относительно плоскоспи эксцентриситета (плоскости отклонителя). Полости карманов 27 сообщены с пазами, в которых перемещаются толкатели 6. Шарики 10 размещены в карманах 27 с возможностью радиального перемещения. Верхняя. соединительная резьба 28 выполнена эксцентрично относительно оси корпуса 4. Величина смещения осей составляет е, а направление эксцентриситета от1682512

20

40 мечено установочной меткой 29 на верхнем и нижнем концах корпуса 4.

Стабилизатор 2 оснащен установочным переводником ЗО, на котором имеется цилиндрическая упорная резьба 31 для соединения с корпусом 4, уплотнениями 32, регулировочными кольцами 33 и шкалой 34.

Стабилизатор 2 оснащен втулкой (не показана) для соединения резьбой 35 секций роторного вала забойного двигателя 36.

Втулка установлена на радиальных опорах в полости корпуса 4.

Устройство для стабилизации азимутального направления бурового снаряда работает следующим образом.

При помощи соединительных резьб 13 и установочного перявадника ЗО последовательно собирают компановку(фиг. 10); долото 37, стабилизатор 1, забойный двигатель

36, стабилизатор 2. Сборка производится ариентированна, так. чтобы установочные метки 21 и 29 находились на одной образующей компоновки. Эта достигается подборам толщины регулировочных колец 33 с использованием шкалы 34 на установочном переваднике ЗО. Далее спускают компоновку с расстопарянным крюком B скважину до забоя. Расстопоренный крюк талевого блока (не показан) обеспечивает свободное вращение и самаариентиравание устройства в наклонном стволе.

Еслл ствол скважины имеет плоское искривление, т.е. азимут скважины не меняется, та устройство располагается в стволе симметрично относительно апсидальной плоскости (фиг. 3-6) за счет того, что вес бурильного лнструмента, приложенный к то (ке Ог, больше, чям вяс компоновки со стабилизаторами, центр тяжести которой находится сверху в точке 0 .

Положение шариков 9 и 10 в полости 19 и в карманах 27 при этом симметрично относительно плоскости атклонителя, которая совпадает с апсидальной плоскостью ствола скважины.

При включении бурового насоса (не показан) кольцевой поршень 12 и плунжеры 22 воздействуют на толкатели 5 и 6, но опорные элементы 7 и 8 не сжимаются, так как в стабилизаторе 1 шарик 9 находится посредине между нижними торцами толкателей 5 и при перемещении кольцевого поршня 12 вверх толкатели 5 свободно входят в полость 19, не передавая усилие сжатия на опорные элементы 7, а в стабилизаторе 2 сжатию("включениюн) опорных элементов 8 препятствуют шарики 10, находящиеся под упорами 26 толкателей 6 в нижних торцах карманов 27 (фиг, 7).

При пространственном искривлении ствола скважины, например при увеличиваюшямся азимуте (фиг, 9 и 10) центр тяжести компановки смещается вправо относительно центра тяжести бурильного инструмента за счет эксцентриситета. Так как бурильный инструмент спускают с расстопоренным кгюком, и силы трения о стенки скважины не оказывают влияния на ориентирования эксцентричной конструкции, то происходит поворот компоновки на угол ф, который определяется из геометрических построений (фиг. 9 и 10) по формуле (r = arcs in — ж, (1) а гае и Afp — изменение азимута скважины на участке ствола длиной L, рад; — длина компоновки, м; я — эксцентриситет, м, Так как угол Ар мал, то формулу (1) мо:кно записать в виде

"= агсз(п ч (2) причем знак "+" соответствует росту, а знак

"-" — уменьшению азимута скважины.

Если угол поворота компоновки ф больше угла О, та устройство корректирует отклоне",; å ствола скважины ат проектного азимута, а именна вкл(ачаются": опорные элементы 8 у верхнего стабилизатора 2— правый .ïeìåHò у нижнего стабилизатора

1 — левый опорный элемент 7 (фиг 9). Это происходит следующим образом.

При -.ключении бурового насоса кольцевой поршень 12 перемещается вверх под действиям давления в нижней камере 14.

Шарик 9 =-анимает правое (на фиг. 9) положения в цоколе 19. Кольцевой поршень 12, воздействуя через шарик 9 и толкатель 5, расположенный справа, на опорный элемент 7, вызывает пластическую деформаци:а последнего и увеличение выступа, который создает боковое усилие F, направленное в сторону отклонения ствола от проектного азимута. На долоте 37 возникает противоположно направленное усилие В, корректирующее азимут.

Верхний стабилизатор 2 создает боковое отклоняющее усилие G, направленное в левую. сторону (фиг. 9), так как "включенным" оказывается левый опорный элемент

8, причем опорный элемент, расположенный с —ðàâà,, ""выключен", так как правый шарик 10 занимает нижнее положение в кармане 27 и препятствует перемещению упора 26 вниз под действием плунжера 22, Левый же опорный элемент 8 "вкл(ачен", так как левый шарик 10 оказывается в ближнем

1682512 к центру корпуса 4 конце кармана 27 и не препятствует перемещению толкателя 6.

Если азимут скважины уменьшается, то картина выглядит симметрично изображенной на фиг. 9 и 10. 5

При выключении бурового насоса, например перед очередным наращиванием бурильного инструмента, плунжеры 22 и кольцевой поршень 12 возвращаются в исходное положение под действием сил упру- 10 гости элементов 8 и пружин 18, Шарики 9 и

10 освобождаются от зажима, устройство принимает транспортное положение.

После наращивания бурильного инструмента процесс повторяется, причем направ- 15 ление отклоняющего воздействия на долото

37 всегда противоположно возникшему от заданного азимутального направления, Используют компоновку со стабилизаторами,включающуюдолотоШ215,9M3 — В, 20 наддолотный калибратор 5К-214, шпиндель

195, основной стабилизатор 1, турбобур

ЗТСШ-1%195 — 2 секции, дополнительный стабилизатор с эксцентриситетом e = 8,5 мм, УГБ — 178-12 и бурильный инструмент 25

ТБПВ-127 Х 9 — остальное, Конструктивное решение позволяет повысить точность стабилизации азимутального направления ствола скважины, что обеспечивает сокращение числа рейсов тур- 30 бинным отклонителем для корректирования азимута скважины при естественном искривлении ствола.

Формула изсбретения 35

Устройство для стабилизации азимутального направления бурового снаряда, содержащее корпус основного стабилизатора с опорными элементами в виде пластин иэ эластичного материала и эксцентричной 40 массы в виде шарика. установленный в полости корпуса вал, гидравлический узел в виде концентрически размещенной на корпусе гильзы с кольцевым поршнем, образующим с внутренней поверхностью гильзы и корпуса верхнюк и нижнюю рабочие камеры, последняя из которых гидравлически связана с полостью корпуса, и подпружиненные относительно корпуса в осевом направлении толкатели, установленные в верхней рабочей камере, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности стабилизации азимутального направления ствола скважины, оно снабжено установленным эксцентрично над основным стабилизатором дополнительным стабилизатором с гидравлическим узлом, шариками, толкателями и опорными элементами в виде пластин из эластичного материала, при этом толкатели и опорные элементы основного и дополнительного стабилизаторов размещены в продольных пазах, которые выполнены диаметрально противоположно в корпусе каждого стабилизатора, а в кольцевом поршне основного стабилизатора в основании верхней рабочей камеры выполнена полость B виде расположенных V-образно сообщающихся наклонных призм, боковые ребра которых параллельны торцовой плоскости корпус симметричны относительно плоскости эксцентриситета, а шарик размещен в полости, причем .дравлический узел дополнительного стабилизатора выполнен в виде двух плунжеров, расположенных над толкателями в камерах, которые выполнены в корпусе и гидравлически связаны с era внутренней полостью, кроме того, толкатели дополнительного стабилизатора снабжены упорами, которые размещены в карманах, выполнен.ных в его корпусе в виде радиально направленных А-образно расположенных призм, боковые ребра которых параллельны торцовой плоскости корпуса и симметричны относительно плоскости эксцентриситета, а шарики дополнительнога:табилизатора размещены ь карманах с возможностью радиального переме1 GHMA.

1682512

1682512

1682512

Bud И сл/олп

Фжамг

Составитель А. Дербак

Техред М.Моргентал Корректор С. Шевкун

Редактор И. Дербак

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

Заказ 3389 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС иГ НТ ССР

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