Шпиндельная секция турбобура-отклонителя

 

Использование: в горной промышленности при бурении скважины забойными двигателями. Сущность изобретения: шпиндельная секция включает полый корпус и размещенный в корпусе связанный с валом двигателя шарнирной муфтой полый вал, радиальные и осевые опоры и уплотнение вала. Вал установлен в радиальных опорах с зазором, величина которого возрастает пропорционально расстоянию от шарнирной муфты до соответствующей радиальной опоры. Внутренняя поверхность радиальных опор выполнена конусной с направлением меньшего основания конуса в сторону шарнирной муфты. Уплотнение вала размещено между муфтой и радиальной опорой с минимальным радиальным зазором. 1 ил.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к техническим средствам для углубления наклонно-направленных и горизонтальных скважин.

Известен турбобур-отклонитель, содержащий корпус, в котором расположен статор и ротор с независимой подвеской, шпиндель с полым валом, верхнюю и нижнюю полумуфты с контактными поверхностями, установленные на валах ротора и шпинделя, кривой переводник, соединяющий корпус турбобура со шпинделем.

Однако для достижения малого и среднего радиуса возникает необходимость в увеличении угла перекоса кривого переводника отклонителя, что приводит к снижению проходимости компоновки особенно в осложненных условиях, а также к интенсивному износу радиальных опор и снижению интенсивности искривления. Кроме того, при возникновении осевого люфта забойного двигателя происходит смешение вверх муфты относительно точки пересечения геометрических осей шпинделя и турбобура. В результате увеличиваются интенсивность износа муфты и соответственно энергетические потери.

Известен также отклонитель, включающий корпус шпинделя, в котором размещены полый вал, соединенный шарнирной муфтой с верхним валом, радиальные и осевые опоры, уплотнение вала и кривой переводник.

Наличие кривого переводника требует его ориентирования и затрат, связанных с этим, в результате чего появляется необходимость в использовании телеметрических систем и дополнительных средств на их обслуживание. Кроме того, наличие кривого переводника и удлиненная форма верхнего плеча, состоящего из верхнего шпинделя и забойного двигателя при необходимости увеличения интенсивности искривления и угла перекоса кривого переводника ограничивается проходимостью отклонителя, особенно в осложненные стволы скважин, приводит к ускоренному износу радиальных опор из-за радиальных усилий и самопроизвольному забуриванию вторых стволов.

В некоторых случаях из-за отсутствия проходимости и необходимости приведения проработок повышается вероятность забуривания второго ствола.

При этом отсутствует возможность использования наддолотного калибратора расширителя из-за ограниченной проходимости компоновки.

Цель изобретения улучшение проходимости отклонителя в искривленный ствол скважины при безориентированном и ориентированном наборе угла.

Цель достигается тем, что в шпиндельной секции турбобура-отклонителя, включающей полый корпус и размешенные в корпусе связанный с валом двигателя шарнирной муфтой полый вал, радиальные и осевые опоры и уплотнения вала, последний установлен в радиальных опорах с зазором, величина которого возрастает пропорционально расстоянию от шарнирной муфты до соответствующей радиальной опоры, а внутренняя поверхность радиальных опор выполнена конусной с направлением меньшего основания конуса в сторону шарнирной муфты, при этом уплотнение размещено между муфтой и радиальной опорой с минимальным радиальным зазором.

Наличие зазора, а также выполнение конических внутренних диаметров радиальных опор позволит отклонителю принимать форму искривленного ствола, т.е. обеспечить проходимость всей компоновки.

Размещение уплотнителя между муфтой и радиальной опорой с минимальным зазором позволит предупредить прохождение бурового раствора между валом и радиальными опорами и, как следствие, заклинивание долота из-за низкого качества очистки забоя, вызванного увеличенным зазором ниппельной части отклонителя.

На чертеже, изображена схема компоновки низа бурильной колонны.

Шницельная секция турбобура отклонителя состоит из корпуса шпинделя 1, соединенного с одной стороны через переводник 2 с турбобуром и колонной бурильных труб, а с другой стороны через ниппель 3-с калибратором расширителем 4 и долотом 5. В корпусе шпинделя 1 размещены полый вал 6, соединенный с шарнирной муфтой 7, а между валом и корпусом установлены радиальные 8 и осевые 9 опоры в виде подшипников. Радиальные опоры 8 установлены с зазором 10, причем зазор увеличивается прямо пропорционально расстоянию от муфты 7 до каждой радиальной опоры и определяют по формуле где α угол перекоса вала, град; d радиальный зазор в опоре, мм; l расстояние от муфты до радиальной опоры, мм.

Внутренняя поверхность радиальных опор (подшипников) выполнена конической формы, причем меньшее основание направлено в сторону шарнирной муфтой 7. Между радиальной опорой с минимальным зазором и муфтой 7 размешено уплотнение 11.

Подбор радиальных опор различного внутреннего диаметра осуществляют путем обточки радиальных и осевых опор на копировальном станке по конусу. Компоновку с отклонителем осуществляют следующим образом.

После формирования наклонного направляющего участка, пробуренного с ориентированным отклонителем, производят проработку ствола скважины с калибратором. При этом спускают компоновку следующего состава: долото, переводник, калибратор, секционный турбобур, снабженный шпинделем со свободным в радиальном направлении валом. Под действием составляющей веса турбобура и корпуса шпинделя, турбобур касается нижней стенки скважины и происходит перекос вала относительно оси скважины на величину угла, вызванного наличием радиального зазора, который увеличивается по мере удаления от муфты, и стрелы прогиба турбобура. После запуска турбобура и создания осевой нагрузки на долото создают изгибающий момент на долото, вызванный внецентренным сжатием вала. При вращении вала радиальный зазор ограничен радиальными опорами, а реакция забоя и передача осевой нагрузки осуществляется через осевые опоры турбобура. После отрыва долота от забоя отклонитель принимает форму ствола, которая может меняться при спуске и подъеме инструмента.

Пример конкретного выполнения. Безориентированный набор. Состав КНБК: 295,3 мм долото, переводник 0,7 м, КС 295,3, 5ТСШ 240 со шпинделем радиальным с зазором 25 мм, с шарнирной муфтой соединения валов шпинделя и турбобура, УБТС2-203-50 м, ТБПВ-127. Суммарный угол перекоса турбобура будет равен Ожидаемый темп набора угла до 7 град/100 м, сопоставимо с работой отклоняющей системы.

Предлагаемая шпиндельная секция турбобура-отклонителя позволит при ее использовании: сократить затраты, связанные с ориентированием отклонителя; обеспечить проходимость за счет наличия зазора в радиальных опорах в сильно искривленных стволах наклонных и горизонтальных скважин;
в случае установки наддолотного калибратора позволит сократить затраты на калибровку и расширение ствола;
при установке центратора на корпус шпинделя отклонитель будет работать как маятниковая компоновка по уменьшению угла.

Формула изобретения

Шпиндельная секция трубобура-отклонителя, включающая полый корпус и размещенные в корпусе связанный с валом двигателя шарнирной муфтой полый вал, радиальные и осевые опоры и уплотнение вала, отличающаяся тем, что вал установлен в радиальных опорах с зазором, величина которого возрастает пропорционально расстоянию от шарнирной муфты до соответствующей радиальной опоры, а внутренняя поверхность радиальных опор выполнена конусной с направлением меньшего основания конуса в сторону шарнирной муфты, при этом уплотнение вала размещено между муфтой и радиальной опорой с минимальным радиальным зазором.

РИСУНКИ

Рисунок 1