Регулируемый отклонитель бурового инструмента

 

Изобретение относится к бурению наклонно направленных и горизонтальных скважин, а именно к устройствам для направленного бурения. Сущность изобретения заключается в том, что отклонитель бурового инструмента содержит трубчатую секцию, переводники, узлы изменения углового положения и взаимного ориентирования переводников. Один из них соединен с двигателем, а другой - с забойным инструментом. Переводники установлены с возможностью поворота под острым углом к оси трубчатой секции. Узел изменения углового положения переводника содержит кольца, сопряженные между собой по скошенным поверхностям и имеющие на боковых поверхностях пазы, в один из которых устанавливается фиксатор взаимного положения колец. Узел взаимного ориентирования переводников содержит кольцо с упорами, расположенными по окружности с обеих сторон. Один из упоров выполнен регулируемым по высоте путем перестановки регулировочных колец. Изобретение обеспечивает повышение надежности работы устройства. 3 ил.

Изобретение относится к бурению наклонно направленных и горизонтальных скважин.

Известен соединитель для направленного бурения, имеющий корпус, состоящий из верхней, средней и нижней секций. Продольные оси всех секций образуют изломы. Изломы продольных осей верхней и нижней секций ориентированы в одном направлении, секции скреплены между собой для исключения их относительного вращения. Для бурения искривленной скважины излом продольной оси средней секции ориентируют в направлении, отличающемся от противоположного относительно изломов продольных осей верхней и нижней секций. Для бурения прямого участка скважины верхнюю и нижнюю секции поворачивают относительно средней, чтобы излом продольных осей верхней и нижней секций был ориентирован в направлении, противоположном излому продольной оси средней секции (пат. США 4641717, Е 21 В 7/08, опубл. 10.12.87 г.). Данное устройство обеспечивает возможность плавного искривления общей оси от 0^o до максимального, но наличие изломов в двух соединениях (между верхней и средней и между средней и нижней секциями) вызывает затруднения по совмещению плоскостей искривления в целом.

Известно также устройство для направленного бурения, имеющее трубчатый корпус с верхней, средней и нижней секциями. Через секции корпуса проходит отклоняющее устройство, содержащее верхнюю, среднюю и нижнюю трубы, соединенные между собой универсальными шарнирами. Верхняя и нижняя секции соединены между собой с возможностью относительного вращения по поверхностям, расположенным под углом к перпендикуляру относительно продольной оси устройства, в результате чего относительное вращение средней и нижней секций изменяет угол между их продольными осями. Нижняя труба, находящаяся в канале нижней секции корпуса, расположена под углом к продольной оси устройства. Между нижней секцией и низшей трубой размещены первые взаимодействующие элементы для вращения нижней трубы, когда отклоняющий орган перемещается возвратно-поступательно вниз и вверх внутри трубчатого корпуса устройства. Вторые взаимодействующие элементы между гильзой, разъемно закрепленной внутри верхней секции, и верхней трубой поворачивают верхнюю трубу, когда отклоняющий орган перемещается возвратно-поступательно вниз и вверх внутри корпуса (патент США 4596294, E 21 B 7/08, опубл. 23.06.86 г.). Устройство имеет низкую эксплуатационную надежность, обусловленную сложностью конструкции. Кроме того, управление устройством с поверхности вызывает необходимость в установке дополнительного к штатному оборудования.

В качестве прототипа принят отклонитель бурового инструмента, включающий трубчатую секцию и жестко связанные с ее концами переводники, расположенные под острым углом к оси трубчатой секции, и снабженный по крайней мере одним узлом изменения углового положения переводника и узлом взаимного ориентирования переводника в окружном направлении, расположенными соответственно между трубчатой секцией и одним из переводников и между узлом изменения положения переводника и другим переводником, причем узел изменения углового положения переводника выполнен в виде двух патрубков, жестко связанных с торцами трубчатой секции и переводника, а между собой шлицевым соединением, ось которого наклонена под одним углом к оси каждого патрубка (а.с. 1609931, E 21 B 7/08 30.11.90 г.).

Недостатком прототипа является низкая надежность, обусловленная сложностью конструкции и необходимостью полной разборки и сборки отклонителя на буровой для изменения углового положения.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности работы устройства за счет упрощения конструкции.

Технический результат, который может быть получен от использования изобретения, заключается в исключении воздействия внутренних вращающихся частей на искривление деталей отклонителя.

Технический результат достигается за счет того, что в регулируемым отклонителе, содержащем трубчатую секцию и жестко связанные с ее концами переводники, расположенные под острым углом к оси трубчатой секции, узел изменения углового положения переводника и узел взаимного ориентирования переводников в окружном направлении, расположенные между трубчатой секцией и одним из переводников и между узлом изменения положения переводника и другим переводником соответственно, узел изменения углового положения переводника выполнен в виде двух колец, сопряженных между собой по скошенным под острым углом поверхностям, и снабжен фиксатором взаимного положения колец, а узел ориентирования выполнен в виде кольца с равнорасположенными по его окружности упорами, один из которых выполнен регулируемым по высоте.

По сравнению с прототипом конструктивное исполнение регулируемого отклонителя исключает необходимость разборки его для изменения угла искривления деталей корпуса и позволяет унифицировать детали узлов изменения углов положения и взаимного ориентирования, что повышает надежность работы устройства. Выполнение сочленений трубчатой секции с переводниками по ее концам сферическими опорами облегчает установку искривляемых деталей в одной плоскости устройства.

На фиг. 1 представлен общий вид отклонителя; на фиг.2 - узел изменения углового положения переводника; на фиг.3 - узел взаимного ориентирования переводников.

Регулируемый отклонитель бурового инструмента содержит трубчатую секцию 1, переводники 2 и 3, узел изменения углового положения 4 и узел взаимного ориентирования 5 переводников. Один из переводников связан с двигателем 6, а другой - с забойным инструментом 7. Переводники установлены под острым углом к оси секции 1 с возможностью взаимного поворота. Узел изменения углового положения переводника содержит кольца 8 и 9, сопряженные между собой по скошенным поверхностям и имеющие на боковых поверхностях пазы, фиксатор 10 взаимного положения колец 8 и 9, выполненный, например, в виде шпонки, установленной в одном из указанных пазов и закрепляемой винтом 11 на одном из колец. Узел взаимного ориентирования переводников содержит кольцо 12, расположенные равномерно по окружности кольца упоры 13, один из которых снабжен регулировочными прокладками 14. Для обеспечения взаимного углового смещения корпуса переводников снабжены сферическими опорами 15 и 16.

Устройство работает следующим образом. К переводникам 2 и 3 присоединяются секции двигателя 6 и бурового инструмента 7. Поворачивая кольца 8 и 9, совмещают расположенные на их боковых поверхностях соответствующие пазы, рядом с которыми для удобства пользования нанесены числовые обозначения углов. В совмещенные пазы устанавливают фиксатор 10 и закрепляют его винтом 11. Таким образом обеспечивается получение заданной величины угла α наклона переводника 3 относительно оси трубчатой секции 1.

Поворачивая кольцо 12, выставляют один из упоров 13 в одну плоскость с фиксатором 10 и, подбирая соответствующее количество регулировочных колец 14, устанавливают кольцо 12 под таким же острым углом α. Таким образом осуществляется ориентирование второго переводника в одной плоскости и под одним углом с первым.

При спуске в скважину или подъеме из нее под действием собственного веса переводник 2 занимает вертикальное положение. В процессе бурения под действием осевой нагрузки на буровой инструмент отклонитель автоматически устанавливается под углом 2α. Таким образом, при спускоподъемных операциях предлагаемый отклонитель имеет только один излом, что существенно упрощает его установку.

Технические преимущества заявляемого изобретения достигаются следующим образом. Выполнение шпинделя разделенным на две части позволяет сократить расстояние от торца долота до вершин углов α (фиг.1), что позволяет увеличить интенсивность набора угла кривизны, а также увеличить площадь опоры на стенки скважины, уменьшив тем самым удельную нагрузку на них, обеспечивая уверенный набор зенитного угла при разбуривании даже слабоцементированных пород, например, рыхлых глин. По сравнению с прототипом конструктивное исполнение регулируемого отклонителя исключает необходимость разборки его для искривления деталей корпуса и позволяет унифицировать детали узлов изменения углового положения и взаимного ориентирования, что повышает надежность работы устройства. Выполнение одного из упоров регулируемым по высоте обеспечивает преломление узла ориентирования под действием сил осевой нагрузки на долото и сохранение прямолинейности во время проведения спускоподъемных операций в процессе бурения, что способствует более легкой проводке по стволу скважины.

Возможность регулирования углов перекоса непосредственно на буровых позволяет снизить материальные, энергетические и временные затраты на сооружение наклонно направленных и горизонтальных скважин.

Заявляемое изобретение не исключает применения калибраторов и стабилизаторов.

Формула изобретения

Регулируемый отклонитель бурового инструмента, включающий трубчатую секцию, жестко связанные с ее концами переводники, расположенные под острым углом к оси трубчатой секции, узел изменения углового положения переводника и узел взаимного ориентирования переводников в окружном направлении, расположенные соответственно между трубчатой секцией и одним из переводников и между узлом изменения углового положения переводника и другим переводником, отличающийся тем, что узел изменения углового положения переводника выполнен в виде двух колец, сопряженных между собой по скошенным под острым углом поверхностям и снабжен фиксатором взаимного положения колец, который установлен в одном из пазов, выполненных на боковых поверхностях колец, а узел взаимного ориентирования переводников выполнен в виде кольца с равнорасположенными по его окружности упорами, один из которых выполнен регулируемым по высоте с возможностью ориентирования одного переводника в одной плоскости и под одним углом с другим.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3