Забойный двигатель с гидравлическим регулятором (варианты)
Группа изобретений относится к буровой технике и направлена на повышение надежности и срока службы забойных двигателей, используемых для бурения наклонных скважин. Забойный двигатель с гидравлическим регулятором содержит трубчатый корпус двигателя с рабочим органом внутри и шпиндельной секцией в нижней части, вал в шпиндельной секции, на котором закреплено буровое долото. С верхней частью корпуса двигателя соединен верхний отклонитель. С нижней частью корпуса двигателя соединен нижний отклонитель. Корпус каждого отклонителя выполнен трубчатым и его полость сообщена с полостью корпуса двигателя. Снаружи на корпусе каждого отклонителя установлены отклоняющие элементы. Согласно первому варианту – каждый отклоняющий элемент представляет собой шарнирно соединенную с корпусом отклонителя поворотную лопасть отклонения с возможностью ее поворота в сторону от корпуса отклонителя, при этом под каждой лопастью отклонения в корпусе отклонителя выполнена цилиндрическая полость с подвижным в ней поршнем, контактирующим и взаимодействующим с поворотной лопастью отклонения. Согласно второму варианту – отклоняющий элемент представляет собой выдвижную лопасть отклонения, установленную в корпусе отклонителя с возможностью ее выдвижения в сторону от корпуса отклонителя, при этом под каждой лопастью отклонения в корпусе отклонителя выполнены цилиндрические полости с подвижными в них поршнями, контактирующими и взаимодействующими с выдвижной лопастью отклонения. Каждая цилиндрическая полость сообщена с полостью корпуса отклонителя через отверстие в корпусе отклонителя. Лопасти отклонения и поршни верхнего и нижнего отклонителей ориентированы в противоположные стороны друг от друга, при этом расположенный на одной противоположной стороне каждый подвижный поршень имеет диаметр больший или меньший диаметра каждого подвижного поршня, который расположен на другой противоположной стороне. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 10 ил.
Данные технические решения относятся к буровой технике и предназначены для их использования в конструкциях гидравлических забойных двигателей для бурения наклонно-направленных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин.
Известен забойный двигатель и способ управления отклонителем при бурении скважины забойным двигателем с отклонителем, связанным с бурильной колонной. В двигателе предусмотрены последовательные шаговые повороты отклонителя против часовой стрелки под действием реактивного момента забойного двигателя. После принудительного совмещения направления действия отклонителя с проектным азимутом скважины, процессор выдает сигнал на отключение ориентатора и восстановление жесткой связи отклонителя с бурильной колонной (RU 2144604 С1, 20.01.2000).
Известен способ установки и крепления клинового отклонителя в горизонтальных скважинах бурильной колонны с механическим опорным закрепляющим устройством на нижнем конце, при этом к нижнему концу бурильной колонны перед спуском ее в скважину на резьбе закрепляют скважинный гидромеханический толкатель, к нижнему концу толкателя крепят клиновой отклонитель за его верхний конец, после чего бурильную колонну с толкателем и клиновым отклонителем спускают в обсаженный ствол скважины, весом бурильной колонны создают максимально достижимую по величине в данных скважинных условиях осевую нагрузку для срезания элемента, фиксирующего кожух толкателя на его плашкодержателе, и последующего закрепления толкателя в обсадной колонне, затем с устья скважины в бурильную колонну подают жидкость под давлением для создания дополнительной осевой нагрузки до величины, достаточной для срезания полых винтов, крепящих верхний конец клинового отклонителя с толкателем (RU 2510448 С1, 27.03.2014).
Известен клиновой отклонитель, включающий направляющий клин с рабочей поверхностью, узел опоры, включающий выдвижные распорные элементы в виде верхней и нижней плашек с зубьями на лицевой поверхности и наклонными поверхностями на тыльной стороне плашек, узел опоры, корпус которого жестко соединен с направляющим клином, имеющим со стороны противоположной рабочей поверхности паз, для размещения в последнем шланга высокого давления, элемент узла опоры, в верхней и нижней частях которого имеются наклонные поверхности для взаимодействия с плашками, по оси отклонителя имеется полость, связанная со шлангом высокого давления, уплотнители, размещенные между корпусом узла опоры и поршнем, верхняя часть клина закреплена болтом с подвесным устройством, отличающийся тем, что элемент узла опоры выполнен в виде сплошного поршня, удерживаемого в корпусе узла опоры в первоначальном положении срезной шпилькой, при этом наклонные поверхности элемента узла опоры выполнены в виде выступов, соответствующих пазам плашек, а в нижней части клина расположена полость, которая выполнена замкнутой и связана со шлангом высокого давления посредством бокового отверстия в направляющем клине, при этом рабочая поверхность клина имеет вид желоба, который выполнен со стороны верхней плашки, а корпус узла опоры дополнительно имеет радиальное отверстие для обеспечения сброса давления жидкости в камере, образованной при перемещении сплошного поршня относительно клина (RU 2166058 С2, 27.04.2001).
Известен клиновой отклонитель, содержащий направляющий клин с рабочей поверхностью и камерой, имеющий со стороны противоположной рабочей поверхности паз для размещения в последнем шланга высокого давления, сообщенного с камерой, узел опоры, состоящий из элемента опоры с наклонными поверхностями, сужающимися к оси отклонителя сверху вниз, плашек, взаимодействующих с наклонными поверхностями, цилиндра с поршнем и корпуса, охватывающего элемент опоры, причем верхняя часть клина закреплена срезным элементом с подвесным устройством, отличающийся тем, что элемент опоры жестко соединен с нижней частью клина, оснащен центральным каналом, сообщенным с камерой клина, выполненной полой с сужением канала внизу, и оснащен снизу цилиндрической поверхностью, на которой жестко размещен поршень, причем наклонные поверхности выше цилиндрической поверхности образуют на поверхности элемента опоры многогранную призму, а цилиндр охватывает нижнюю цилиндрическую поверхность с поршнем элемента опоры с возможностью продольного по ней перемещения вверх, при этом полость цилиндра сверху поршня сообщена с центральным каналом выше сужения, корпус выполнен в виде опирающегося снизу на цилиндр и подпружиненного сверху от элемента опоры полой подвижной втулки с окнами под плашки, которые выполнены в виде роликов с осевыми отверстиями, причем окна выполнены равномерно по периметру и со смещением по высоте корпуса и снабжены в плоскости перпендикулярной оси отклонителя осями под осевые отверстия плашек, при этом диаметры осевых отверстий плашек превосходят диаметры осей на величину не менее максимально возможного радиального перемещения плашек (RU 2400614 С1, 27.09.2010).
Известен двигатель с турбинными отклонителями, содержащий полый корпус, размещенный внутри него привод с ротором, а также шпиндель, установленный внутри корпуса шпинделя на осевой и радиальных опорах, снабженный долотом и соединенный приводным валом с ротором, причем корпуса двигателя и шпинделя соединены изогнутыми резьбовыми переводниками, а ротор и шпиндель соединены с приводным валом, снабженным ведущим и ведомым шарнирными узлами с осевыми опорами скольжения, посредством резьбовых переходников, корпус шпинделя выполнен с поперечным разъемом между осевой и радиальной опорой со стороны долота, шпиндель выполнен с кольцевой канавкой в плоскости поперечного разъема корпуса шпинделя, в канавке установлено разъемное кольцо, диаметр которого превышает диаметр шпинделя, внутри корпуса шпинделя закреплены опорная втулка и кольцо-ловитель, а радиальная опора корпуса шпинделя со стороны долота выполнена в виде размещенной на съемной втулке и закрепленной внутри корпуса шпинделя упругоэластичной опоры скольжения, при этом расстояние между осевыми опорами приводного вала не превышает длины осевой опоры шпинделя (RU 2232859 С2, 20.07.2004).
В известном забойном двигателе с гидравлическим регулятором при втором режиме бурения и вращении забойного двигателя на криволинейном участке скважины, известный искривленный забойный двигатель при вращении испытывает изгибающие нагрузки, при этом он изгибается и создает вибрацию и искривляется, что является существенным недостатком двигателя.
Из патента RU 2002025 С1 известен самоориентирующийся забойный отклонитель, содержащий корпус, с которым жестко связан резьбовым соединением узел коррекции траектории скважин. В корпусе размещен маятник, установленный в цилиндрической камере, которая расположена соосно в корпусе, камера крепится к опорному фланцу, который через трубки стойки соединен с основанием узла коррекции. Отклонитель снабжен переводником для соединения с центратором или утяжеленным бурильными трубами, к верхнему днищу цилиндрической камеры приварена штанга поворота камеры вокруг своей оси, внутри переводника ниже соединительной резьбы приварено кольцо, разделенное по окружности пазами на двенадцать равных секторов. На основании равномерно по окружности расположено шесть отклоняющих механизмов, каждый из которых выполнен из двух частей - силовых гидрокамер и опорных колодок. Поршень относительно камеры подпружинен пружиной. Клапаны открывают каналы для перетока бурового раствора из бурильных труб через штанги в гидрокамеры. Маятник включает две гидрокамеры, в результате чего сектор включения отклоняющего усилия по азимуту при шести отклоняющих колодках сужается до 30% и точность приложения сил повышается. В соответствии с формулой отклонитель включает корпус, концентрично размещенную в нем цилиндрическую камеру с чувствительным элементом-маятником, связанное с корпусом основание и установленные на основании опорные колодки с приводом. С целью обеспечения самоустановки отклонителя в заданном направлении, он снабжен связанным резьбой с нижней частью цилиндрической камеры опорным фланцем и установленной над ним клапанной головкой с направляющим фланцем, причем цилиндрическая камера установлена с возможностью поворота относительно основания, а направляющий фланец выполнен с отверстиями для размещения маятника в рабочем положении (RU 2002025 С1, 30.10.1993 - прототип).
Общими признаками прототипа и представленного в данном описании забойного двигателя являются такие признаки, что каждый из них относится к забойному двигателю с гидравлическим регулятором, содержащему трубчатый корпус двигателя с рабочим органом внутри и шпиндельной секцией в нижней части, вал в шпиндельной секции, на котором закреплено буровое долото, с верхней частью корпуса двигателя соединен верхний оклонитель, с нижней частью корпуса двигателя соединен нижний отклонитель, корпус каждого отклонителя выполнен трубчатым и его полость сообщена с полостью корпуса двигателя, снаружи на корпусе каждого отклонителя установлены отклоняющие элементы.
При этом прототип имеет сравнительно сложную конструкцию, отрицательно влияющую на надежность работы забойного двигателя и срок его службы.
Техническим результатом представленного в данном описании забойного двигателя с гидравлическим регулятором является повышение его надежности и срока службы.
Технический результат получен вторым вариантом забойного двигателя с гидравлическим регулятором, содержащим трубчатый корпус двигателя с рабочим органом внутри и шпиндельной секцией в нижней части, вал в шпиндельной секции, на котором закреплено буровое долото, с верхней частью корпуса двигателя соединен верхний отклонитель, с нижней частью корпуса двигателя соединен нижний отклонитель, корпус каждого отклонителя выполнен трубчатым и его полость сообщена с полостью корпуса двигателя, снаружи на корпусе каждого отклонителя установлены отклоняющие элементы, причем каждый отклоняющий элемент представляет собой шарнирно соединенную с корпусом отклонителя поворотную лопасть отклонения с возможностью ее поворота в сторону от корпуса отклонителя, под каждой лопастью отклонения в корпусе отклонителя выполнена цилиндрическая полость с подвижным в ней поршнем, контактирующим и взаимодействующим с поворотной лопастью отклонения, при этом каждая цилиндрическая полость сообщена с полостью корпуса отклонителя через отверстие в корпусе отклонителя.
Лопасти отклонения верхнего и нижнего отклонителей направлены в противоположные стороны.
Шарнир соединения каждой лопасти отклонения с корпусом отклонителя расположен в верхней части лопасти, которая выполнена удлиненной и расположена вдоль корпуса отклонителя.
Корпус каждого отклонителя выполнен с радиальным утолщением, в котором выполнено радиальное углубление под расположенную в нем лопасть отклонения.
Технический результат получен забойным двигателем с гидравлическим регулятором, содержащим трубчатый корпус двигателя с рабочим органом внутри и шпиндельной секцией в нижней части, вал в шпиндельной секции, на котором закреплено буровое долото, с верхней частью корпуса двигателя соединен верхний отклонитель, с нижней частью корпуса двигателя соединен нижний отклонитель, корпус каждого отклонителя выполнен трубчатым и его полость сообщена с полостью корпуса двигателя, снаружи на корпусе каждого отклонителя установлен отклоняющий элемент, отличающийся тем, что каждый отклонитель представляет собой выдвижную лопасть отклонения, установленную в корпусе отклонителя с возможностью ее выдвижения в сторону от корпуса отклонителя, под каждой лопастью отклонения в корпусе отклонителя выполнены цилиндрические полости с подвижными в них поршнями, контактирующими и взаимодействующими с лопастью отклонения, при этом каждая цилиндрическая полость сообщена с полостью корпуса отклонителя через отверстие в корпусе отклонителя.
Лопасти отклонения верхнего и нижнего отклонителей направлены в противоположные стороны.
Каждая лопасть выполнена удлиненной и расположена вдоль корпуса отклонителя в его углублении.
Корпус каждого отклонителя выполнен с радиальным утолщением, в котором выполнено радиальное углубление под расположенную в нем лопасть отклонения.
На фиг. 1 - показан забойный двигатель с гидравлическим регулятором (первый вариант).
На фиг. 2 - верхний отклонитель в увеличенном виде (первый вариант).
На фиг. 3 - верхний отклонитель в поперечном разрезе (повернут на 45°) (первый вариант).
На фиг. 4 - нижний отклонитель в увеличенном виде (первый вариант).
На фиг. 5 - нижний отклонитель в поперечном разрезе (повернут на 45°) (первый вариант).
На фиг. 6 - показан забойный двигатель с гидравлическим регулятором (второй вариант).
На фиг. 7 - верхний отклонитель в увеличенном виде (второй вариант).
На фиг. 8 - верхний отклонитель в поперечном разрезе (второй вариант).
На фиг. 9 - нижний отклонитель в увеличенном виде (второй вариант).
На фиг. 10 - нижний отклонитель в поперечном разрезе (второй вариант).
Первый вариант (фиг. 1-5) забойного двигателя с гидравлическим регулятором содержит трубчатый корпус 1 (фиг. 1) двигателя с винтовым рабочим органом в нем, с корпусом 1 соединен нижний отклонитель 2, установленный в нижней части шпиндельной секции 3 (фиг. 1, 4), а также с корпусом 1 соединен верхний отклонитель 4 (фиг. 1, 2), установленный в верхней части корпуса 1 двигателя. В шпиндельной секции 3 имеется вал 5, соединенный с винтовым рабочим органом двигателя, с валом 5 соединено буровое долото 6.
Нижний отклонитель 2 (фиг. 4, 5), состоит из корпуса 7 и шарнирно закрепленных на нем отклоняющих рабочих элементов в виде поворотных подвижных лопастей 8 отклонения. Корпус 7 соединен с корпусом 1. Под лопастями 8 в корпусе 7 имеются гидрокамеры в виде цилиндрических полостей 9, в которых установлены подвижные поршни 10 для выталкивания лопастей 8 из корпуса 7 и поворота лопастей 8 в рабочее положение. В корпусе 7 имеются отверстия 11, сообщенные с кольцевой полостью 12, образованной корпусом 7 и валом 5 и цилиндрическими полостями 9.
Под другими лопастями 13 отклонения, которые шарнирно закреплены на корпусе 7, имеются гидрокамеры в виде цилиндрических полостей 14, в которых установлены подвижные поршни 15 для выталкивания лопастей 13 из корпуса 7 и поворота лопастей 13 в рабочее положение. В корпусе 7 имеются отверстия 16, сообщенные с кольцевой полостью 12, образованной корпусом 7 и валом 5 и цилиндрическими полостями 14. Диаметр каждого поршня 15 больше диаметра каждого поршня 10.
Верхний отклонитель 4 (фиг. 1) установлен в верхней части корпуса 1 забойного двигателя и он содержит корпус 17 (фиг. 2, 3) и шарнирно закрепленные на корпусе 17 отклоняющие рабочие элементы в виде шарнирно закрепленных на корпусе поворотно выдвигаемых лопастей 18. Под лопастями 18 в корпусе 17 имеются гидрокамеры в виде цилиндрических полостей 19, в которых установлены подвижные поршни 20 для выталкивания и поворота лопастей 18 в рабочее положение.
В корпусе 17 (фиг. 3) имеются отверстия 21, сообщенные с цилиндрической полостью 22 (фиг. 2), образованной внутренним отверстием корпуса 17 и гидрокамерами в виде цилиндрических полостей 19. Под другими отклоняющими рабочими элементами в виде лопастей отклонения 23, которые также шарнирно закреплены на корпусе 17, имеются гидрокамеры в виде цилиндрических полостей 24, в которых установлены подвижные поршни 25. В корпусе 17 (фиг. 3) имеются отверстия 26, сообщенные с цилиндрической полостью 22 корпуса 17 и цилиндрическими полостями 24. Диаметры поршней 25 больше диаметров поршней 20, которые расположены под лопастями 18.
В корпусе 17 имеется резьба 27 (фиг. 2) для присоединения корпуса к колонне бурильных труб (не показана). Вал 5 (фиг. 4) имеет центральный канал - образованный внутренним отверстием 28. На фиг. 5 позицией 29 показано затрубное пространство. Пунктиром на фиг. 3, 5 показана условно круглая стенка скважины.
С корпусом 7 (фиг. 4) соединены шарнирами 30 лопасти 8 и 13 отклонения нижнего отклонителя 2. С корпусом 17 (фиг. 2) соединены шарнирами 30 лопасти 18 и 23 отклонения верхнего отклонителя 4.
Каждый шарнир 30 соединен с соответствующей лопастью в ее верхней части лопасти, при этом каждая лопасть выполнена удлиненной и расположена вдоль корпуса переводника.
Корпус 7 (фиг. 4) и корпус 17 (фиг. 2) отклонителей в зонах расположения лопастей отклонения выполнены с утолщениями, в которых выполнены радиальные углубления. В углублениях корпуса 7 расположены лопасти 8 и 13, а в углублениях корпуса 17 расположены лопасти 18 и 23.
Корпус 7 и корпус 17 каждого вышеупомянутого отклонителя выполнены трубчатыми, и полость каждого корпуса сообщена с полостью корпуса 1 двигателя.
При сборке двигателя верхний отклонитель 4 и нижний отклонитель ориентируют таким образом, чтобы лопасти отклонения 23 (фиг. 3) верхнего отклонителя 4 и лопасти отклонения 13 (фиг. 5) отклонителя 2 были ориентированы в горизонтальной плоскости в противоположные стороны друг от друга на угол 180°. Возможна ориентировка лопастей 23 и 13 относительно друг друга на иной угол, больше или меньше 180°. Установлено влияние указанного угла расположения лопастей на интенсивность изменения угла отклонения долота и интенсивность изменения угла отклонения скважины при изменении ее направления. Предусмотрен способ, в котором путем изменения указанного угла в горизонтальной плоскости между лопастями верхнего и нижнего отклонителей в процессе сборки двигателя задают изменение интенсивности угла отклонения скважины при бурении данным двигателем.
Работает первый вариант забойного двигателя с гидравлическим регулятором следующим образом. В процессе работы буровые насосы прокачивают буровой раствор через колонну бурильных труб и через полость 22 (фиг. 2) корпуса 17 верхнего отклонителя 4 - в винтовой забойный двигатель 1. В забойном двигателе энергия движущегося под давлением бурового раствора преобразуется в механическую энергию, направленную на вращение вала 5 шпиндельной секции 3, на котором закреплено буровое долото 6. Через нижнюю часть шпинделя 3 буровой раствор проходит частично через кольцевую полость 12 (фиг. 4), образованную корпусом 7 и валом 5, и частично через внутреннее отверстие 28 вала 5, долото 6 и попадает в затрубное пространство 29 (фиг. 5), образованное корпусом забойного двигателя и стенкой скважины.
В процессе работы давление бурового раствора в кольцевой полости 12 всегда больше, чем давление в затрубном пространстве 29, в результате этого поршни 15 и 10 выдвигаются наружу и выталкивают лопасти 13 и 8 соответственно. Поскольку диаметр поршней 15 больше диаметра поршней 10, то усилие, действующее на выталкивание лопастей отклонения 13 всегда больше усилия действующего на выталкивание лопастей 8.
В результате в нижней части шпиндельной секции 3 в процессе бурения возникает боковое усилие, которое отклоняет нижнюю часть шпинделя забойного двигателя 1 с долотом 6 и приводит к изменению направления бурения скважины в сторону, противоположную выдвинутым лопастям отклонения 13 отклонения.
Давление бурового раствора в процессе работы двигателя в полости 22 (фиг. 2) всегда больше, чем давление в затрубном пространстве 29 (фиг. 3), в результате этого поршни 20 и 25 выдвигаются наружу и выталкивают лопасти 18 и 23 соответственно. В результате того, что диаметр поршней 25 больше диаметра поршней 20, то усилие, действующее на выталкивание лопастей отклонения 23, всегда больше усилия, действующего на выталкивание лопастей 18. В верхней части двигателя в процессе бурения возникает боковое усилие, которое отклоняет верхнюю часть забойного двигателя 1 в сторону, противоположную выдвинутым лопастям отклонения 23. В результате интенсивность искривления скважины увеличивается.
Второй вариант забойного двигателя с гидравлическим регулятором представлен на фиг. 6-10. Данный вариант двигателя содержит винтовой забойный двигатель с трубчатым корпусом 1 (фиг. 6), в котором установлен винтовой рабочий орган двигателя, с корпусом 1 соединен нижний отклонитель 2 (фиг. 9), установленный в нижней части шпиндельной секции 3. С корпусом 1 соединен верхний отклонитель 4 (фиг. 4), установленный в верхней части двигателя. В шпиндельной секции 3 имеется вал 5 (фиг. 9), на котором закреплено буровое долото 6 (фиг. 6).
Во втором варианте двигателя нижний отклонитель 2 (фиг. 9, 10) состоит из корпуса 31, соединенного с корпусом шпиндельной секции, и подвижно установленного снаружи корпуса 31 отклоняющего рабочего элемента, представляющего собой выдвигаемую в сторону от корпуса 31 лопасть 32 отклонения. Между корпусом 31 и лопастью 32 имеются гидрокамеры, которые выполнены в корпусе 31 в виде цилиндрических полостей 33. В полостях 33 установлены подвижно поршни 34 для выталкивания лопасти 32 отклонения из корпуса 31. Поршни 34 контактируют с лопастью 32 в рабочем положении.
Образованная между корпусом 31 и валом 5 кольцевая полость 12 сообщена с каждой цилиндрической полостью 33 отверстием 35, выполненным в корпусе 31. Под лопастью 32 отклонения в корпусе 31 имеются гидрокамеры в виде цилиндрических полостей 33, в которых установлены подвижные поршни 34 для выталкивания лопасти 32 отклонения из корпуса 31.
Верхний переводник-отклонитель 4 (фиг. 1) установлен в верхней части забойного двигателя и он содержит корпус 36 (фиг. 7, 8) отклонителя и подвижно установленный в корпусе 36 отклоняющий рабочий элемент, представляющий собой выдвижную лопасть 37 отклонения. Под лопастью 37 отклонения, в корпусе 36, имеются гидрокамеры в виде цилиндрических полостей 38, в которых установлены подвижные поршни 39 для выталкивания лопасти 37 из корпуса 36 в наружную сторону. Каждая цилиндрическая полость 38 сообщена через выполненное в корпусе 36 отверстие 40 с центральной полостью 41 (фиг. 8) корпуса 36. В корпусе 36 имеется резьба 42 для присоединения корпуса 36 к колонне бурильных труб (не показана). Корпус каждого отклонителя выполнен трубчатым и его полость сообщена с полостью корпуса 1 двигателя.
Лопасти 32 и 37 (фиг. 9 и 7) выполнены удлиненными и расположены вдоль корпусов 36 и 31, соответственно. При этом лопасть 37 (фиг. 7) расположена в углублении 43 корпуса 36, а лопасть 32 (фиг. 9) расположена в углублении 44 корпуса 31. Пунктиром на фиг. 8, 10 показана условно круглая стенка скважины.
Корпус 36 (фиг. 7) и корпус 31 (фиг. 9) отклонителей в зонах расположения лопастей отклонения имеют радиальные утолщения, в которых выполнены радиальные углубления. В углублении корпуса 36 расположена лопасть 37, а в углублении корпуса 31 расположена лопасть 32.
Корпус 31 и корпус 36 каждого вышеупомянутого отклонителя выполнены трубчатыми и полость каждого корпуса сообщена с полостью корпуса 1 двигателя.
В процессе сборки второго варианта забойного двигателя - для увеличения интенсивности изменения угла направления скважины - верхний отклонитель 4 и нижний отклонитель 2 ориентируют таким образом, чтобы в горизонтальной плоскости лопасти отклонения 37 верхнего отклонителя 4 и лопасть отклонения 32 нижнего отклонителя 2 были ориентированы в противоположные стороны на угол 180° между ними (фиг. 8, 10).
Возможна ориентировка лопастей 37 и 32 относительно друг друга на иной угол, больше или меньше 180°. Установлено влияние указанного угла расположения лопастей на интенсивность изменения угла отклонения долота и интенсивность изменения угла отклонения скважины при изменении ее направления. Предусмотрен способ, в котором изменением указанного угла в горизонтальной плоскости между лопастями верхнего и нижнего отклонителей задают в процессе сборки двигателя изменение интенсивности угла отклонения долота и скважины при бурении данным двигателем.
Работает второй вариант забойного двигателя с гидравлическим регулятором следующим образом. В процессе работы буровые насосы прокачивают буровой раствор через колонну бурильных труб, через центральную полость 41 корпуса 36 верхнего отклонителя 4 (фиг. 7) в винтовой забойный двигатель 1. В забойном двигателе энергия движущегося под давлением бурового раствора преобразуется в механическую энергию, направленную на вращение вала 5 шпиндельной секции 3, на котором закреплено буровое долото 6. Буровой раствор частично проходит через кольцевую полость 12 (фиг. 9), образованный корпусом 31 и валом 5, и частично буровой раствор проходит через внутреннее отверстие 28 вала 5, долото 6 и попадает в затрубное пространство 29 (фиг. 10), образованное корпусом забойного двигателя и стенкой скважины.
В процессе работы второго варианта двигателя давление бурового раствора в кольцевой полости 12 всегда больше, чем давление в затрубном пространстве 29, в результате этого поршни 34 (фиг. 9) выдвигаются наружу и выталкивают лопасть отклонения 32. При этом в нижней части шпиндельной секции 3 в процессе бурения возникает боковое усилие, которое отклоняет нижнюю часть шпинделя забойного двигателя 1 с долотом 6 и приводит к изменению направления бурения скважины в сторону, противоположную выдвинутой лопасти 32 отклонения.
В верхнем отклонителе 4 давление бурового раствора в процессе работы двигателя в полости 41 (фиг. 8) всегда больше, чем давление в затрубном пространстве 29. В результате этого поршни 39 выдвигаются наружу и выталкивают лопасть 37 отклонения из корпуса 36. При этом в верхней части двигателя в процессе бурения возникает боковое усилие, которое отклоняет верхнюю часть забойного двигателя 1 в сторону, противоположную выдвинутой лопасти 37 отклонения. В результате интенсивность изменения угла отклонения бурового долота 6 и направления бурения скважины увеличивается.
Два описанных выше варианта забойного двигателя предусматривают процессы бурения, при которых используются два режима работы каждого варианта забойного двигателя, первый из которых направлен на изменения направления скважины. В этом режиме бурят скважину без вращения колонны бурильных труб и без вращения забойного двигателя, соответственно. В этом случае происходит изменение направления скважины в сторону, противоположную лопастям отклонения нижнего отклонителя. При спуске забойного двигателя в скважину, угол расположения лопастей отклонения отклонителя ориентируют по сигналам телесистемы. Это дает возможность управлять направлением скважины в процессе бурения путем поворота на нужный угол колонны бурильных труб.
Второй режим процесса бурения предусматривает действия, когда не нужно изменять направление скважины, в этом случае бурят скважину путем вращения колонны бурильных труб с вращением забойного двигателя.
Представленный в данном описании забойный двигатель исключает перекос осей между корпусами шпиндельной секции и двигательной секции, так как изменение направления скважины производится за счет бокового усилия от одной или двух лопастей отклонения, выдвигаемых давлением бурового раствора. Другим преимуществом представленного забойного двигателя является то, что он обеспечивает сравнительно быстрый темп изменения угла бурения за счет использования двух ассиметрично установленных отклонителей.
Технический результат представленного в данном описании забойного двигателя - повышение надежности и срока его службы - достигается использованием забойного двигателя, имеющего более простую конструкцию, при использовании которой получены следующие преимущества:
- при бурении с вращением бурильных труб исключен перекос осей между корпусами шпиндельной секции и двигательной секции,
- исключены боковые нагрузки на корпусные детали и соединительные резьбы корпуса забойного двигателя, связанные с наличием угла искривления осей двигателя,
- увеличена надежность работы шпинделя за счет сокращения поломок резьбы, соединяющей корпус шпинделя и корпус отклонителя путем исключения перекоса осей,
- для повышения скорости бурения обеспечена возможность вращения шпинделя двигателя с большей частотой вращения,
- уменьшен износ долота при спуско-подъемных операциях за счет отсутствия боковой силы прижатия долота к скважине и трения благодаря «прямой» компоновке бурильной колонны,
- при спуско-подъемных операциях забойного двигателя снижена вероятность его «прихвата» за счет того, что при отсутствии циркуляции буровой жидкости, когда буровые насосы не работают, все лопасти нижнего и верхнего отклонителей находятся в утопленном положении и не препятствуют спускам и подъемам забойного двигателя.
1. Забойный двигатель с гидравлическим регулятором, содержащий трубчатый корпус двигателя с рабочим органом внутри и шпиндельной секцией в нижней части, вал в шпиндельной секции, на котором закреплено буровое долото, с верхней частью корпуса двигателя соединен верхний отклонитель, с нижней частью корпуса двигателя соединен нижний отклонитель, корпус каждого отклонителя выполнен трубчатым и его полость сообщена с полостью корпуса двигателя, снаружи на корпусе каждого отклонителя установлены отклоняющие элементы, отличающийся тем, что каждый отклоняющий элемент представляет собой шарнирно соединенную с корпусом отклонителя поворотную лопасть отклонения с возможностью ее поворота в сторону от корпуса отклонителя, под каждой лопастью отклонения в корпусе отклонителя выполнена цилиндрическая полость с подвижным в ней поршнем, контактирующим и взаимодействующим с поворотной лопастью отклонения, каждая цилиндрическая полость сообщена с полостью корпуса отклонителя через отверстие в корпусе отклонителя, лопасти отклонения и поршни верхнего и нижнего отклонителей ориентированы в противоположные стороны друг от друга, при этом расположенный на одной противоположной стороне каждый подвижный поршень имеет диаметр больший или меньший диаметра каждого подвижного поршня, который расположен на другой противоположной стороне.
2. Забойный двигатель по п.1, отличающийся тем, что шарнир соединения каждой лопасти отклонения с корпусом отклонителя расположен в верхней части лопасти, которая выполнена удлиненной и расположена вдоль корпуса отклонителя.
3. Забойный двигатель по п.1, отличающийся тем, что корпус каждого отклонителя выполнен с радиальным утолщением, в котором выполнено радиальное углубление под расположенную в нем лопасть отклонения.
4. Забойный двигатель с гидравлическим регулятором, содержащий трубчатый корпус двигателя с рабочим органом внутри и шпиндельной секцией в нижней части, вал в шпиндельной секции, на котором закреплено буровое долото, с верхней частью корпуса двигателя соединен верхний отклонитель, с нижней частью корпуса двигателя соединен нижний отклонитель, корпус каждого отклонителя выполнен трубчатым и его полость сообщена с полостью корпуса двигателя, снаружи на корпусе каждого отклонителя установлен отклоняющий элемент, отличающийся тем, что каждый отклонитель представляет собой выдвижную лопасть отклонения, установленную в корпусе отклонителя с возможностью ее выдвижения в сторону от корпуса отклонителя, под каждой лопастью отклонения в корпусе отклонителя выполнены цилиндрические полости с подвижными в них поршнями, контактирующими и взаимодействующими с лопастью отклонения, каждая цилиндрическая полость сообщена с полостью корпуса отклонителя через отверстие в корпусе отклонителя, лопасти отклонения и поршни верхнего и нижнего отклонителей ориентированы в противоположные стороны друг от друга, причем расположенный на одной противоположной стороне каждый поршень имеет диаметр больший или меньший диаметра каждого поршня, который расположен на другой противоположной стороне.
5. Забойный двигатель по п.4, отличающийся тем, что каждая лопасть выполнена удлиненной и расположена вдоль корпуса отклонителя в его углублении.
6. Забойный двигатель по п.4, отличающийся тем, что корпус каждого отклонителя выполнен с радиальным утолщением, в котором выполнено радиальное углубление под расположенную в нем лопасть отклонения.
