Забойная компоновка для регулирования искривления ствола скважины

 

Использование: для бурения наклонно-направленных скважин. Сущность изобретения: забойная компоновка включает забойный двигатель, преимущественно объемного типа, содержащий шпиндель с осевой опорой, регулировочной втулкой и ниппелем. На валу шпинделя закреплено долото и вблизи последнего радиально-упорный подшипник. В осевой опоре шпинделя расположен предварительно напряженный усилием F упругий элемент. С ниппелем и невращающейся частью радиально-упорного подшипника своими концами связан децентратор, имеющий, по крайней мере, одну упругую планку, с радиальным размером, равным половине диаметра долота. В процессе бурения интенсивность искривления обеспечивается за счет создания осевой нагрузки Р_ос на долото. При Р_ос, превышающей усилие F напряжения упругого элемента, ниппель сближается с радиально-упорным подшипником, деформируя упругую планку децентратора, которая, упираясь в стенку скважины, создает отклоняющее усилие на долото. Изобретение обеспечивает расширение технологических возможностей забойной компоновки за счет увеличения диапазона изменения интенсивности искривления. 1 с. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам для бурения наклонно-направленных скважин.

Известна компоновка низа бурильной колонны, содержащая забойный двигатель с долотом, верхний и нижний удлинители, связанные между собой посредством шарнира или гибкого элемента, кривой переводник, связывающий между собой нижний удлинитель и забойный двигатель. SU, 1579968, E 21 N 7/08, 1989.

Данная компоновка не обеспечивает бурение прямолинейных интервалов скважины и не позволяет уменьшить интенсивность искривления скважин в процессе бурения.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является забойная компоновка, включающая расположенный в нижней части компоновки забойный двигатель, содержащий шпиндель с осевой опорой, регулировочной втулкой и ниппелем, связанным резьбой со шпинделем, децентратор, содержащий, по крайней мере, одну упругую планку, и долото, закрепленное на валу шпинделя, SU, 1709053, E 21 B 7/08, 1982.

Недостаток этого устройства заключается в том, что оно не позволяет провести скважину с высокой точностью, так как параметр искривления (i-интенсивность искривления) может быть обеспечен только двумя значениями -i¹ и i², где i² > i¹. Значения же интенсивности искривления между этими значениями от i¹ до i², а также от 0 - до i¹ остаются недостижимыми.

Задачей настоящего изобретения является расширение технологических возможностей забойной компоновки за счет увеличения диапазона изменения интенсивности искривления на искривленном участке, а также обеспечения проводки прямолинейных участков.

Указанная задача решается в забойной компоновке для регулирования искривления ствола скважины, включающей забойный двигатель, преимущественно объемного типа, содержащий шпиндель с осевой опорой, регулировочной втулкой и ниппелем, связанным резьбой со шпинделем, децентратор, содержащий, по крайней мере, одну упругую планку и долото, закрепленное на валу шпинделя, за счет того, что она снабжена радиально-упорным подшипником, закрепленным на валу шпинделя вблизи долота, и расположенным в осевой опоре шпинделя упругим элементом, предварительно напряженным расчетным усилием, причем упругая планка децентратора в исходном положении имеет радиус, равный половине диаметра долота, а верхний и нижний концы децентратора закреплены соответственно на ниппеле и на невращающейся части радиально-упорного подшипника.

А также тем, что верхний торец децентратора выполнен с выступом, а ниппель имеет проточку для его размещения.

А также тем, что децентратор имеет ограничитель хода.

На фиг. 1 показан общий вид забойной компоновки для регулирования искривления ствола скважины; на фиг.2 - то же, в разрезе.

Забойная компоновка для регулирования искривления ствола скважины состоит из забойного двигателя 1, содержащего шпиндель 2 с осевой порой 3 в виде радиально-упорных подшипников, регулировочную втулку 4 и ниппель 5, связанный резьбой со шпинделем 2. Осевая опора имеет упругий элемент 6, предварительно напряженный расчетным усилием F. Расчетное усилие поджатия упругого элемента определяется по формуле F = σ_шт·f_конт, где σ - твердость пород по штампу, кг/мм², f - контактная поверхность вооружения долота с забоем, мм².

Соблюдение расчетного значения F обеспечит эффективное (объемное) разрушение породы даже при бурении с нулевой интенсивностью искривления, когда P_ос F.

Упругий элемент 6 может быть расположен в любом месте осевой опоры и может быть выполнен любой известной конструкции. Предварительное напряжение упругого элемента может быть создано или до момента его установки в осевую опору или после установки путем подбора длины регулировочной втулки и за счет поджатия осевой опоры через регулировочную втулку ниппелем 5. На валу 7 шпинделя закреплено долото 8 и вблизи последнего закреплен радиально-упорный подшипник 9. С торцем ниппеля и с невращающейся частью радиально-упорного подшипника 9 жестко связаны концы децентратора 10, содержащего, по крайней мере, одну упругую планку 11. Децентратор 10 может быть выполнен с выступом 12, который располагают в проточке 13 ниппеля. Децентратор имеет ограничитель 14 осевого хода h с целью предотвращения перегрузки упругой планки 11 при чрезмерном нагружении долота, например, при внезапной остановке долота при спуске компоновки. Параметр h определяется экспериментально в стендовых условиях.

Упругая планка 11 выгнута по радиусу, имеющему величину, равную половине диаметра долота r = D/2, где г - радиус упругой планки (планок) децентратора; D- диаметр долота.

Забойная компоновка для регулирования искривления ствола скважины работает следующем образом.

Компоновку спускают в скважину. Поскольку компоновка не имеет элементов, выступающих за радиальные параметры долота, она беспрепятственно проходит по стволу скважины, в том числе и по искривленному участку ствола.

Бурение скважины патентуемой компоновкой осуществляют осевой нагрузкой, необходимой для получения требуемой интенсивности искривления.

Для этого, в случае когда требуется пробурить прямой участок скважины, на долото создается осевое усилие P_ос < F. При этом отсутствует осевое смещение вниз ниппеля 5, а радиальный размер планок децентратора 10 не превысит величины D/2. Бурение ведется с нулевой интенсивностью искривления, таким образом, бурится прямолинейный участок скважины.

В случае необходимости искривления ствола скважины на долото создается нагрузка P_ос > F. Происходит сжатие упругого элемента 6, корпус забойного двигателя перемещается по направлению к долоту, упругие планки 11 деформируются и их радиальный размер увеличивается. В зависимости от величины превышения P_ос над F получаем силовой контакт планок децентратора со стенками скважины, который вызывает отклоняющую силу на долото. При P_ос = F эта сила минимальная. Таким образом, данная компоновка позволит, в зависимости от фактической ситуации, не поднимая инструмента из скважины, изменять интенсивность искривления от 0 до максимально возможной, определяемой конструктивными и деформационными параметрами элементов конструкции.

Наиболее эффективно применение данной компоновки в сочетании с забойными телеметрическими системами, позволяющими иметь оперативные данные о требуемой интенсивности искривления и сведения о тенденции изменения этого параметра. В подобных условиях подбор осевой нагрузки для достижения необходимого результата не представляет затруднений. По мере накопления практического опыта применения компоновки появится возможность ее использования и с иными средствами контроля параметров искривления скважин.

Формула изобретения

1. Забойная компоновка для регулирования искривления ствола скважины, включающая забойный двигатель, преимущественно объемного типа, содержащий шпиндель с осевой опорой, регулировочной втулкой и ниппелем, связанным резьбой со шпинделем, децентратор, содержащий, по крайней мере, одну упругую планку и долото, закрепленное на валу шпинделя, отличающаяся тем, что она снабжена радиально-упорным подшипником, закрепленным на валу шпинделя вблизи долота и расположенным в осевой опоре шпинделя упругим элементом, предварительно напряженным с расчетным усилием, упругая планка децентратора в исходном положении имеет радиус, равный половине диаметра долота, а верхний и нижний концы децентратора закреплены соответственно на ниппеле шпинделя и на невращающейся части радиально-упорного подшипника.

2. Забойная компоновка по п.1, отличающаяся тем, что верхний торец децентратора выполнен с выступом, а ниппель имеет проточку для его размещения.

3. Забойная компоновка по одному из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что децентратор имеет ограничитель хода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2