Управляемый отклонитель

 

Использование: для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин. Сущность изобретения: отклонитель содержит корпус, выполненный из двух частей, связанных шарнирным соединением. Узел отклонения содержит поршневой привод в виде золотниковой втулки, установленной в корпусе с возможностью осевого перемещения, и фиксатор положения втулки, выполненный в виде гидрозатворной камеры, сообщенной с затрубным и внутритрубным пространствами. Над золотниковой втулкой размещен дифференциальный клапан, фиксирующий отклонитель в рабочем положении. 3 ил.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к техническим средствам для изменения направления ствола скважин при бурении забойными двигателями.

Известен отклонитель "Telepilot", разработанный Французским институтом нефти и газа, который состоит из двух трубчатых секций, связанных между собой подшипником, угол наклона оси которого к оси каждой секции одинаков, узлов привода и управления. При вращении одной из секций происходит изменение угла перекоса отклонителя [1] Недостатками известного отклонителя являются сложность конструкции, а также сложность управления траекторией.

Известен отклонитель, заключающий корпус, состоящий из связанных шарнирным соединением нижней и верхней секций, узел отклонения с поршневым приводом в виде подпружиненной втулки, размещенной с возможностью осевого перемещения в корпусе, и фиксатор положения втулки, выполненный в виде системы шаров, расположенных в отверстиях втулки, кольцевых проточек и выступов [2] При работе устройства фиксатор положения фиксирует положение втулки таким образом, что угол перекоса отклоняющей части устройства может иметь только два возможных значения: минимальное или максимальное, что снижает его функциональные возможности. Кроме того, система шаров, кольцевых проточек и выступов сложна и ненадежна в работе.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и повышение надежности его работы.

Цель достигается тем, что в устройстве, включающем корпус, состоящий из связанных шарнирным соединением нижней и верхней секций, узе отклонения с поршневым приводом, содержащим подпружинненую втулку, установленную в корпусе с возможностью осевого перемещения, и фиксатор положения втулки, согласно изобретению подпружиненная втулка выполнена в виде золотника, образующего с корпусом силовую камеру, гидравлически связанную с внутритрубным пространством, и гидрозатворную камеру, гидравлически связанную каналом с внутритрубным пространством и посредством обратного клапана с затрубным пространством, а фиксатор положения втулки выполнен в виде дифференциальной втулки, установленной во внутренней полости корпуса с возможностью ограниченного осевого перемещения для перекрытия канала гидрозатворной камеры в рабочем положении устройства.

На фиг.1 показан отклонитель, разрез; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 компоновка низа бурильной колонны.

Отклонитель включает корпус, состоящий из связанных шарнирным соединением 1 нижней 2 и верхней 3 секций, узел отклонения секций 2, 3 корпуса с поршневым приводом.

Поршневой привод выполнен в виде золотниковой подпружиненной втулки 4, образующей с корпусом устройства силовую 5 и гидрозатворную 6 камеры, сообщающиеся с внутритрубным 7 и затрубным пространствами по каналам 8, 9, 10 посредством обратного клапана 11 и подпружиненной пружиной 12 дифференциальной втулки 13. В средней части золотниковая втулка 4 поджата пружиной 14, а в нижней части взаимодействует с узлом отклонения секций 2, 3, выполненным в виде отклоняющего патрубка 15 с помощью кольца 16 со сферической поверхностью и возможностью осевого перемещения по цилиндрической поверхности последнего. Золотниковая втулка 4 и дифференциальная втулка 13 установлены с возможностью осевого перемещения в корпусе, причем площадь поверхности нижнего торца дифференциальной втулки 13 больше соответствующей площади верхнего торца. Отклонитель 17 устанавливают между забойным двигателем 18 с долотом 19 и телеметрической системой 20 с бурильными трубами 21.

Отклонитель работает следующим образом.

Собирается компоновка низа бурильной колонны, включающая долото 19, забойный двигатель 18, отклонитель 17, телеметрическую систему 20 и бурильные трубы 21. Нижняя секция 2 отклонителя соединяется с забойным двигателем 18.

В процессе спуска бурильного инструмента в скважину отклонитель находится в прямолинейном положении. При этом золотниковая втулка 4 находится в крайнем нижнем положении, гидрозатворная камера 6 сообщается с внутритрубным пространством 7 через перепускной канал 9, дифференциальная втулка 13 при этом находится в положении, открывающем канал 9.

После спуска включают буровые насосы и промывочная жидкость, проходя через полость бурильных труб и боковое отверстие, попадает в силовую камеру 5, где создает давление на поршень золотниковой втулки 4. При достижении определенного значения, соответствующего давлению срабатывания дифференциальной втулки (на которое рассчитана пружина 12), втулка 13 закрывает канал 9. При дальнейшем увеличении давления до определенного значения, превышающего рабочее, золотниковая втулка 4 начинает сжимать пружину 14 и перемещаться вверх. При этом нижняя часть золотниковой втулки 4 посредством кольца 16 взаимодействует с отклоняющим патрубком 15, который совместно с нижней секцией 2 корпуса поворачивается в плоскости вращения шарнира. Верхняя часть золотниковой втулки 4, перемещаясь вверх, "засасывает" промывочную жидкость из затрубного пространства в полость гидрозатворной камеры 6 через обратный клапан 11. Втулка 13 при этом находится в закрытом положении. После создания необходимого угла перекоса снижают давление до рабочего и продолжают бурение в рабочем режиме. При необходимости еще увеличить угол перекоса увеличивают давление, втулка 4 при этом перемещается вверх, в камеру 6 опять "засасывается" жидкость из затрубного пространства и втулка 4 фиксируется в положении, соответствующем новому углу перекоса. Втулка 13 закрыта. Давление снижают до рабочего и продолжают бурение в заданном режиме. Таким образом, фиксатор положения в виде системы гидрозатвора позволяет фиксировать положение отклонителя с любым текущим значением угла перекоса в диапазоне 0-3^о и, кроме того, после кратковременного повышения давления сверх рабочего снизить его до рабочего, не изменяя при этом зафиксированного положения отклонителя.

При указанной последовательности операций происходит только наращивание величины угла перекоса от 0 до 3^о. Однако в некоторых случаях требуется изменение угла перекоса в обратной последовательности от 3 до 0^о. В предлагаемом техническом решении это возможно при переходе через "нулевое" (прямолинейное) положение отклонителя. Для этого необходимо снизить давление до значения, меньшего, чем рабочее, при этом дифференциальная втулка 13 под воздействием пружины 12 открывает перепускной канал 9 и промывочная жидкость, находящаяся в полости гидрозатворной камеры 6, под действием давления пружины 14 выдавливается во внутритрубное пространство. При этом золотниковая втулка 4 под действием пружины 14 перемещается в крайнее нижнее положение, а отклоняющий патрубок 15, повернувшись в плоскости вращения шарнира 1, занимает первоначальное положение, а отклонитель принимает прямолинейное исходное положение.

Для вторичного создания необходимого угла перекоса операции повторяются в той же последовательности.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет поворачивать отклонитель под любым углом перекоса и тем самым расширить его функциональные возможности.

Кроме того, система гидрозатвора проста по конструкции, что повышает надежность работы устройства.

Формула изобретения

УПРАВЛЯЕМЫЙ ОТКЛОНИТЕЛЬ, включающий корпус, состоящий из смвязанных шарнирным соединением нижней и верхней секций, узел отклонения с поршневым приводом, содержащим подпружиненную втулку, установленную в корпусе с возможностью осевого перемещения, и фиксатор положения втулки, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности в работе, подпружиненная втулка выполнена в виде золотника, образующего с корпусом силовую камеру, гидравлически связанную с внутритрубным пространством, и гидрозатворную камеру, гидравлически связанную каналом с внутритрубным пространством и посредством обратного клапана с затрубным пространством, а фиксатор положения втулки выполнен в виде дифференциальной втулки, установленной во внутренней полости корпуса с возможностью ограниченного осевого перемещения для перекрытия канала гидрозатворной камеры в рабочем положении устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3