Шарнирный отклонитель

 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам для бурения наклонных скважин. Задачей изобретения является повышение эффективности работы. Использование: для изменения интенсивности искривления в условиях буровой, увеличения интенсивности искривления и безориентированного набора зенитного угла. Сущность изобретения: шарнирный отклонитель включает корпус, вал, установленную в нем маслонаполненную опору и ступени турбобура, шарнир, верхнее плечо которого соединяется с валом посредством муфты, состоящей из вилочковых полумуфт и крестообразной цилиндрической вставки. Ниже и выше шарнира установлены полусферы, имеющие с внутренней стороны резиновое покрытие, в котором выполнены каналы. Над шарниром установлена регулировочная втулка. Сверху все детали поджимаются переводником, а снизу - ниппелем. При этом регулировочная втулка может выполняться концентричной или эксцентричной в зависимости от поставленной задачи, при концентричной втулке выполняется зарезка наклонного ствола из вертикального ствола и дальнейшая стабилизация зенитного ствола при постоянном вращении корпуса, при выполнении втулки концентричной производится безориентированный набор зенитного угла из наклонного ствола, причем интенсивность искривления регулируется величиной эксцентриситета при установке эксцентричной втулки и внутренним диаметром втулки при установке концентричной втулки. 2 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам для бурения наклонных скважин.

Известен турбинный отклонитель, включающий корпус, вал турбинной секции, вал шпиндельной секции, шаровой шарнир, кривой переводник (см. авт. св. СССР N 135846, кл. Е 21 В 7/08).

Недостатком данного турбинного отклонителя является то, что он не обеспечивает достаточно высокой интенсивности набора зенитного угла, особенно необходимой при бурении горизонтальных скважин, также невозможно изменять угол перекоса, а значит и интенсивность искривления в условиях буровой, нет возможности производить бурение прямолинейного участка с применением данного отклонителя, кроме этого данный отклонитель имеет маленький ресурс работы из-за наличия шарового шарнира и открытой опоры шпинделя, которые быстро выходят из строя и это приводит к уменьшению интенсивности набора зенитного угла.

Известен снаряд для направленного бурения скважин, включающий корпус с центрирующими элементами, имеющий в нижней части шарнир, нижнее плечо которого связано с породоразрушающим инструментом, втулку эксцентрично установленную в корпусе и верхнее плечо шарнира размещено во внутренней полости втулки.

Недостатком данного изобретения является невозможность его применения при турбинном способе бурения из-за отсутствия надежного соединения с валом турбобура для передачи крутящего момента на долото, невозможно производить набор зенитного угла безориентированным способом, так как шарнир не вращается в корпусе (см. авт. св. СССР N 966219, кл. Е 21 В 7/06).

Задачей изобретения является повышение эффективности работы отклонителя за счет возможности изменения интенсивности искривления в условиях буровой, увеличения интенсивности искривления, возможности производить безориентированный набор зенитного угла и повышения ресурса.

Поставленная задача решается тем, что в шарнирном отклонителе, включающем корпус, вал, на котором в верхней части установлена опора (верхняя подвеска) и ступени турбобура, шарнир установленный в нижней части корпуса, эксцентричную или концентричную втулку, закрепленную в корпусе, причем верхнее плечо шарнира размещено во внутренней полости втулки и связано с валом турбобура посредством кулачковой муфты, которая состоит из вилочковых полумуфт и крестообразной цилиндрической вставки, причем диаметр вилочковых полумуфт больше диаметра цилиндров крестообразной цилиндрической вставки, полусферы шарнира выполнены с резиновым покрытием, в котором выполнены каналы для охлаждения.

Совокупность вышеперечисленных признаков позволяет сделать вывод, что заявленное техническое решение удовлетворяет критерию "новизна".

Размещение опоры турбобура в верхней части и выполнение ее маслонаполненной позволит разгрузить шарнир от осевой гидравлической нагрузки и повысить ресурс опоры, выполнение втулки, установленной над шарниром эксцентрично, позволит производить зарезку наклонного ствола из вертикального ствола ориентированным способом, действие отклонителя в этом случае будет в противоположную сторону эксцентриситету втулки, а также производить бурение прямолинейного участка наклонной скважины (стабилизация зенитного угла) без подъема отклонителя, путем вращения корпуса, выполнение втулки концентричной позволит производить безориентированный набор зенитного угла из наклонного ствола, причем интенсивность искривления регулируется внутренним диаметром втулки, наличие кулачковой муфты, состоящей из вилочковых полумуфт и крестообразной цилиндрической вставки, где диаметр сопрягаемой поверхности полумуфт больше диаметра цилиндров крестообразной вставки позволит передавать вращающий момент на шарнир и долото, также обеспечить возможность изменения угла перекоса шарнира, а значит и интенсивности скважины, выполнение полусфер с резиновым покрытием и каналами в нем позволит обеспечить передачу осевой нагрузки на долото, вращение шарнира и охлаждение рабочей части шарнира, повышая его ресурс.

Все вышеперечисленные признаки позволяют сделать вывод, что заявляемое техническое решение удовлетворяет критерию технический уровень.

На фиг. 1 изображен общий вид шарнирного отклонителя; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 втулка в эксцентричном варианте; на фиг. 4 - изображена вилочковая полумуфта; на фиг. 5 крестообразная цилиндрическая вставка.

Шарнирный отклонитель включает корпус 1, вал 2, установленную на нем маслонаполненную опору 3 и ступени турбобура 4, шарнир 5, верхнее плечо которого соединяется с валом 2 посредством муфты, состоящей из вилочковых полумуфт 6 и крестообразной цилиндрической вставки 7, ниже и выше шарнира установлены полусферы 8, имеющие с внутренней стороны резиновое покрытие 9, в котором выполнены каналы 10, над шарниром установлена регулировочная втулка 11, сверху все детали поджимаются переводником 12, а снизу ниппелем 13.

При этом регулировочная втулка может выполняться концентричной или эксцентричной в зависимости от поставленной задачи, при концентричной втулке выполняется зарезка наклонного ствола из вертикального ствола и дальнейшая стабилизация зенитного ствола при постоянном вращении корпуса, при выполнении втулки концентричной производится безориентированный набор зенитного угла из наклонного ствола, причем интенсивность искривления регулируется диаметром втулки при установке концентричной втулки.

Сборка шарнирного отклонителя осуществляется следующим образом. На нижний конец вала 2 наворачивается вилочковая полумуфта 6, далее на вал устанавливаются ступени турбобура 4 и маслонаполненная опора 3, затем вал в сборке устанавливается в корпус 1, на шарнир 5 устанавливаются полусферы 8, вилочковая полумуфта 6, регулировочная втулка 11 и крестообразная цилиндрическая вставка 7, далее шарнир в сборке устанавливается в корпус 1 и все внутренние детали поджимаются ниппелем 13 и переводником 12, сборка устройства закончена.

Работа шарнирного отклонителя осуществляется следующим образом.

1. В случае применения эксцентричной регулировочной втулки.

Перед спуском устройства в скважину на верхнем переводнике 12 выполняется метка действия отклонителя, которая наносится диаметрально противоположно эксцентричной выточки регулировочной втулки 11, над отклонителем устанавливается устройство для ориентирования отклонителя. После спуска отклонителя в скважину производится ориентирование отклонителя в требуемом азимуте и подается промывочная жидкость и осевая нагрузка, вал 2 отклонителя начинает вращаться, а под действием осевой нагрузки шарнир искривляется в полусферах на определенный угол, заданный эксцентриситетом регулировочной втулки, так как верхнее плечо шарнира может двигаться только в сторону эксцентричной выточки, таким образом создается перекос валов отклонителя, при перекосе крестообразная цилиндрическая вставка 7, имеющая диаметры цилиндров меньше, чем диаметры сопрягаемых поверхностей вилочковых полумуфт 6, перекатывается по полумуфтам 6 и занимает положение, соответствующее данному углу перекоса шарнира 5, одновременно при этом передается вращение на долото, установленное на нижнем плече шарнира и при бурении происходит набор зенитного угла. При необходимости изменения интенсивности набора отклонитель поднимается на поверхность и над шарниром устанавливается втулка 11, имеющая больший или меньший эксцентриситет, интенсивность набора угла соответственно возрастет или уменьшится. После окончания набора зенитного угла до требуемого значения и при необходимости дальнейшего бурения со стабилизацией зенитного угла производится дальнейшее бурение с отклонителем, но при этом постоянно вращая корпус отклонителем, при этом долото совершает планетарное вращение, то есть отклоняющая сила действует поочередно во все стороны, и достигается сохранение, то есть стабилизация набранного зенитного угла, при необходимости вновь увеличить угол вращение корпуса прекращается и отклонитель вновь ориентируется.

2. В случае концентричной регулировочной втулки.

После спуска отклонителя в скважину, имеющую начальный зенитный угол, производится подача промывочной жидкости и осевой нагрузки, при этом вал 2 и шарнир 5 начинают вращаться под действием осевой нагрузки, шарнир 5 искривляется на заданную величину, определенную внутренним диаметром регулировочной втулки 11, при этом крестообразная цилиндрическая вставка перемещается в вилочковых полумуфтах за счет разности их диаметров, таким образом при бурении происходит искривление ствола скважины, то есть набор зенитного угла безориентированным способом, при этом есть возможность вращать корпус при бурении, при необходимости изменения интенсивности отклонитель поднимается на поверхность и над шарниром устанавливается регулировочная втулка с большим или меньшим диаметром внутреннего отверстия, интенсивность искривления при этом соответственно возрастет или уменьшится.

Пример.

Диаметр турбобура 195 мм, в верхней части вала устанавливается маслонаполненная опора от турбобура диаметром 172 мм, диаметр шарнира 136 мм, длина верхнего плеча шарнира 50 мм, длина нижнего плеча шарнира 1500 мм, максимальный угол перекоса шарнира 3^o.

В настоящее время разрабатываются рабочие чертежи шарнирного отклонителя диаметром 195 и 240 мм.

Учитывая вышеизложенное авторы считают, что предложенное техническое решение промышленно применимо.

Формула изобретения

1. Шарнирный отклонитель, включающий корпус, вал, опору, сферический шарнир, связанный нижним плечом с долотом, и регулировочную втулку, установленную на верхнем плече шарнира, отличающийся тем, что внутренняя поверхность полусфер шарнира обрезинена и имеет промывочные каналы, а шарнир и вал связаны посредством муфты, имеющей вилочковые полумуфты и крестообразную цилиндрическую вставку, причем диаметр цилиндров последней меньше диаметра сопрягаемых поверхностей вилочковых полумуфт.

2. Отклонитель по п.1, отличающийся тем, что регулировочная втулка выполнена эксцентричной.

3. Отклонитель по п.1, отличающийся тем, что регулировочная втулка выполнена концентричной и сменной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5