Отклонитель для направленного бурения скважин с отбором керна на интервалах искусственного искривления

 

Изобретение относится к области геологоразведочной буровой техники, в частности к отклоняющим устройствам для направленного бурения скважин на твердые полезные ископаемые. Сущность изобретения: колонковая труба устройства выполнена из двух частей, шарнирно связанных между собой с возможностью поворота ее нижней части под углом к оси скважины, при этом узел отклонения выполнен в виде конусного оголовника подшипникового узла, который расположен на нижней части колонковой трубы соосно с ней, и расположенного в корпусе наконечника с внутренним конусом с возможностью взаимодействия между ними, причем наконечник расположен под углом к оси корпуса отклонителя, а узел раскрепления содержит установленные на верхнем валу нижний полуклин, выдвижные плашки с роликами и на общем штоке два поршня, один из которых, имеющий форму полуклина, установлен с возможностью взаимодействия с выдвижными плашками. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы и надежности ориентации отклонителя при наборе им кривизны. 2 ил.

Изобретение относится к области геологоразведочной буровой техники и, в частности, к отклоняющим устройствам для направленного бурения геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые.

Известен отклонитель для направленного бурения с отбором керна (см. Проспект фирмы DEV. ICO "THE VICDRILL HEAD"), содержащий колонковую трубу и долото VIC, вращающиеся внутри пары втулок, одна из которых эксцентричная, для ориентированного изгиба колонковой трубы с целью набора кривизны. Втулки закреплены неподвижно на корпусе наружной трубы, содержащей пакер и пружину. Пакер фиксируется в скважине давлением циркулирующей промывочной жидкости во время бурения с отбором керна. Цикл бурения и отбор керна прекращается после углубки на 25 см, после чего циркуляция жидкости прекращается и пакер освобождается. Наружная труба под действием пружины выдвигается вперед, при этом втулки перемещаются вдоль колонковой трубы до тех пор, пока передняя втулка снова не установится непосредственно за долотом, то есть на расстоянии, равном 25 см. При возобновлении циркуляции пакер опять фиксируется в скважине и раскрепляет корпус, а отклонитель снова готов для бурения с отбором керна еще на 25 см. При работе с VIC система циркуляции должна включать манометр и расходомер.

К недостаткам данного отклонителя следует отнести цикличность бурения (6 циклов) и возможность смещения (поворота) незакрепленного корпуса от заданного направления ориентации по время переключения наружной трубы, в процессе углубки постоянно изогнутая колонковая труба испытывает значительные знакопеременные нагрузки, что может приводить к ее обрыву, набор кривизны определяется только изгибом колонковой трубы, поэтому не стабилен и не регулируем.

Эти недостатки снижают эффективность работы и надежность ориентации отклонителя при наборе их кривизны.

Известен снаряд для направленного бурения скважин, содержащий корпус, колонковую трубу, связанную посредством шлицевого соединения с верхним валом, узел отклонения, узел раскрепления (см. авт. св. СССР 972033 А, кл. Е 21 В 7/08, 1982 г. прототип).

Недостатками указанного снаряда является значительная зависимость надежности раскрепления и интенсивности искривления от степени разработанности ствола скважины.

Сущность изобретения состоит в том, что колонковая труба выполнена из двух частей, шарнирно связанных между собой с возможностью поворота ее нижней части под углом к оси скважины. Узел отклонения выполнен в виде конусного оголовника подшипникового узла, который расположен на нижней части колонковой трубы соосно с ней, и расположенного в корпусе наконечника с внутренним конусом с возможностью взаимодействия между ними. Наконечник с внутренним конусом расположен под углом к оси корпуса отклонителя. Узел раскрепления содержит установленные на верхнем валу нижний полуклин, выдвижные плашки с роликами и на общем штоке два поршня, один из которых, имеющий форму полуклина, установлен с возможностью взаимодействия с выдвижными плашками.

По сравнению с прототипом заявляемое устройство обеспечивает надежное раскрепление отклонителя при любой степени разработанности ствола скважины и точное регулирование интенсивности искривления за счет замены сменной детали отклонителя с различным углом перекоса.

На фиг. 1 схематически изображен отклонитель в транспортном положении, на фиг. 2 - в рабочем.

Отклонитель состоит из вращающейся и невращающейся частей. Вращающаяся часть содержит: породоразрушающий инструмент 1, колонковую трубу 2 со шлицевым соединением 4, состоящую из двух частей, имеющую возможность отклоняться в своей нижней части через шарнир 3 от оси скважины на определенный угол, верхний вал 5 с дросселем 6 и ориентирующий переходник 7. Невращающаяся часть содержит: подшипниковый узел 8 с конусным оголовником; наконечник 9 (сменный) с внутренним конусом, который развернут по отношению к оси отклонителя на определенный угол; корпус 10, в котором размещены: нижний полуклин 11, три плашки 12, расположенные под углом 120^o, поршень 13 (имеющий форму полуклина) и поршень 14, установленные на одном штоке 17, с целью увеличения усилия раскрепления, возвратная пружина 15, переходник 16.

При работе отклонитель в транспортном положении опускается в скважину и ориентируется над забоем. Через колонну бурильных труб подается промывочная жидкость. Дроссель 6 создает перепад давления в полостях А и Б и под его воздействием поршни 13 и 14 со штоком 17 перемещаются вниз по верхнему валу 5, сжимая возвратную пружину 16, одновременно выдвигая плашки 12 до упора последних в стенки скважины, создавая надежное раскрепление корпуса отклонителя в скважине.

При постановке отклонителя на забой, создаваемое осевое усилие через ориентирующий переходник 7, верхний вал 5 и нижний полуклин 11 передается на корпус 10, который перемещаясь вниз, выбирает зазор между конусом подшипникового узла 8 и наконечника 9, перемещение корпуса отклонителя компенсируется шлицевым соединением 4.

После смыкания конусных поверхностей нижняя часть колонковой трубы 2 за счет шарнира 3 принимает положение с заданным углом смещения относительно оси отклонителя.

Осевая нагрузка с корпуса 10 через наконечник 9 и подшипниковый узел 8 передается на породоразрушающий инструмент 1, обеспечивая раздельную передачу осевой нагрузки и крутящего момента при работе отклонителя. Выбуриваемый керн поступает в колонковую трубу 2. При завершении цикла искривления прекращается подача промывочной жидкости и снимается осевая нагрузка. Поршни 13 и 14 со штоком 17 под действием возвратной пружины 15 перемещаются вверх, плашки 12 утапливаются в корпусе 10, породоразрушающий инструмент 1, подшипниковый узел 8, нижняя часть колонковый трубы возвращаются в исходное положение под действием собственного веса. Керн удерживается кернорвательным кольцом. Отклонитель готов к подъему.

Формула изобретения

Отклонитель для направленного бурения скважин с отбором керна на интервалах искусственного искривления, содержащий корпус, колонковую трубу, связанную посредством шлицевого соединения с верхним валом, узел отклонения, узел раскрепления, отличающийся тем, что колонковая труба выполнена из двух частей, шарнирно связанных между собой с возможностью поворота ее нижней части под углом к оси скважины, при этом узел отклонения выполнен в виде конусного оголовника подшипникового узла, который расположен на нижней части колонковой трубы соосно с ней, и расположенного в корпусе наконечника с внутренним конусом с возможностью взаимодействия между ними, причем наконечник с внутренним конусом расположен под углом к оси корпуса отклонителя, а узел раскрепления содержит установленные на верхнем валу нижний полуклин, выдвижные плашки с роликами и на общем штоке два поршня, один из которых, имеющий форму полуклина, установлен с возможностью взаимодействия с выдвижными плашками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2