Устройство для создания осевого усилия на долото при бурении горизонтальных скважин

Авторы патента:

E21B7/08 - особые устройства для изменения направления буровой скважины, например специальные буровые долота, конусные пробки для ухода в сторону, шарнирные отклонители (направленная прорезка окон E21B 29/06; изменение направления ловильных инструментов E21B 31/14)

E21B7/06 - изменение направления буровой скважины

E21B23/04 - приводимые в действие гидравлическими или пневматическими средствами, например взрывом ( E21B 23/06,E21B 23/08 имеют преимущество)

E21B19/087 - посредством поворотного рычага

Владельцы патента RU 2777048:

Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина (RU)

Заявлено устройство для создания осевого усилия на долото при бурении горизонтальных скважин. Техническим результатом является создание устройства для создания осевого усилия на долото при бурении горизонтальных скважин, позволяющего расширить функциональные возможности при бурении протяженных горизонтальных скважин. Устройство включает цилиндрический корпус и подпружиненные к стенкам скважины ролики. Ролики находятся на определенном расстоянии друг от друга. Ролики выдвигаются за счет прохождения потока промывочной жидкости. Ролики выполнены с возможностью закрепления в стенках скважины и с возможностью проталкивания бурильного инструмента. Корпус внутри снабжен коаксиальным стаканом с крыльчаткой, изготовленной с возможностью придания вращения под действием потока жидкости и оснащенной штоком с червячным винтом на конце. Каждый ролик содержит ряд установленных на нем шестерен, передающих вращение друг другу. Крайняя шестерня имеет ось вращения, относительно которой ролик выполнен с возможностью вращения, тем самым выдвигаясь из корпуса, прижимаясь к стенкам скважины для создания осевого усилия. Крайняя шестерня выполнена с возможностью взаимодействия с червячным винтом на конце штока, образуя червячную передачу. Рычаг одним концом зафиксирован на крайней шестерне, а другой конец рычага оснащен осью вращения, находящейся на втулке, установленной соосно со штоком. Рычаг подпружинен наружу с возможностью выдвижения ролика относительно корпуса. 3 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначена для бурения нефтяных и газовых скважин с протяженными горизонтальными окончаниями, в частности может быть применима в компоновке низа бурильной колонны (КНБК).

Известна система управления буровым устройством для разработки труднодоступных запасов углеводородов (патент на ИЗ № 268053, МПК E21B 7/08, опубл. 01.03.2019, бюл. №7) включающая корпус, имеющий ось, размещенный в корпусе с возможностью вращения вал, состоящий из ведущего и ведомого валов, соединенных с помощью шарнира, на ведомом валу установлен радиально-упорный подшипник с возможностью поддержания его коллинеарным с осью корпуса, исполнительный орган и механизм перемещения, установленные с возможностью обеспечения отклонения вала от оси корпуса, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена центратором, жестко соединенным с корпусом, размещенными в корпусе электронным модулем с электрической цепью и вращающимся контактным устройством, соединенным с электронным модулем через электрическую цепь, при этом вал снабжен вторым шарниром, образуя промежуточный вал между ведущим и ведомым валами, причем использованы шарниры, работающие в масляной ванне, ведомый вал снабжен вторым радиально-упорным подшипником, установленным вблизи торца корпуса, исполнительный орган содержит три клина и три индуктивных датчика перемещения, механизм перемещения исполнительного органа выполнен в виде трех электрических двигателей с планетарными редукторами, расположенных под углом 120 градусов относительно друг друга, при этом каждому электрическому двигателю соответствует клин, установленный с возможностью перемещения в обе стороны с обеспечением отклонения вала от оси корпуса, и на каждом клине установлен индуктивный датчик перемещения.

Известен блок отклонения системы управления буровым устройством (патент на ИЗ № 2655325, МПК E21B 7/08, опубл. 25.05.2018, бюл. № 15) включающий корпус, имеющий ось, размещенный в корпусе с возможностью вращения вал, состоящий из ведущего и ведомого валов, соединенных с помощью шарнира, на ведомом валу установлен радиально-упорный подшипник с возможностью поддержания его коллинеарным с осью корпуса, исполнительный орган и механизм перемещения, установленные с возможностью обеспечения отклонения вала от оси корпуса, отличающийся тем, что вал снабжен вторым шарниром, образуя промежуточный вал между ведущим и ведомым валами, ведомый вал снабжен вторым радиально-упорным подшипником, установленным вблизи торца корпуса, исполнительный орган содержит три клина-отклонителя и три датчика перемещения, механизм перемещения исполнительного органа выполнен в виде трех шаговых двигателей, расположенных под углом 120 градусов друг относительно друга, при этом каждому шаговому двигателю соответствует клин-отклонитель, установленный с возможностью перемещения в обе стороны с обеспечением отклонения вала от оси корпуса, и на каждом клине-отклонителе установлен датчик перемещения.

Недостатками известных изобретения является, то что устройство позволяет позиционировать долото и направлять его необходимой траектории, при этом ограничивает доведение нагрузки до долота, которая снижается при высоких трениях между бурильным инструментом и стенкой скважины, что может привести к остановке бурения на глубине горизонтального ствола скважины.

Наиболее близким аналогом является устройство для бурения протяженных горизонтальных скважин (патент на ПМ № 185927, МПК E21B 23/04, E21B 17/10, E21B 7/24, опубл. 25.12.2018, бюл. №11) состоящее из цилиндрического корпуса и роликов, отличающееся тем, что содержит встроенные ролики, часть из которых являются точками опоры, находящимися на определенном расстоянии друг от друга, и узел управления, при этом встроенные ролики выполнены с возможностью контакта и взаимодействия со стенками ствола скважины, вращения за счет прохождения потока промывочной жидкости, закрепления в породе с возможностью проталкивания бурильного инструмента, а в узел управления входят встроенные датчики замера пространственных параметров и параметров режима бурения - осевая нагрузка на долото, расход промывочной жидкости на забое, частота вращения породоразрушающего инструмента с возможностью передачи параметров по гидравлическому каналу связи на поверхность.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции и эксплуатации, сложность внедрения узла управления в устройство для бурения протяженных горизонтальных скважин.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание устройства для создания осевого усилия на долото при бурении горизонтальных скважин, позволяющего расширить функциональные возможности при бурении протяженных горизонтальных скважин, за счет доведения бурового инструмента до проектного забоя на горизонтальных участках и отсутствием необходимости применения наддолотного модуля.

Техническая задача решается устройством для создания осевого усилия на долото при бурении горизонтальных скважин, состоящих из цилиндрического корпуса и подпружиненных к стенкам скважины роликов, находящимися на определенном расстоянии друг от друга, вращающихся за счет прохождения потока промывочной жидкости, закрепления в породе с возможностью закрепления в стенках скважины и с возможностью проталкивания бурильного инструмента.

Новым является то, что корпус внутри снабжен коаксиальным стаканом с крыльчаткой, изготовленной с возможностью придания вращения под действием потока жидкости и оснащенной штоком с червячным винтом на конце, а каждый ролик оснащен шестерней и установлен на одном конце подпружиненного наружу рычага, другой конец которого оснащен осью вращения, зафиксированной внутри корпуса с установленной с возможностью вращения двойной шестерней, одна из которых выполнена с возможностью взаимодействия с червячным винтом, образуя червячную передачу, а вторая – через ряд зубчатых передач с шестерней ролика для передачи вращения ролику и обеспечения перемещения корпуса для создания необходимого осевого усилия при бурении породы долотом.

На фиг. 1 представлен объемный вид устройства в продольном разрезе.

На фиг. 2 представлен чертеж устройства в продольном разрезе.

На фиг. 3 представлен поперечный разрез устройства.

Устройство для создания осевого усилия на долото при бурении горизонтальных скважин содержит цилиндрический полый корпус 1 (фиг. 1 и 2) и подпружиненные к стенкам скважины (не показана) роликов 2, находящимися на определенном расстоянии друг от друга, вращающихся за счет прохождения потока промывочной жидкости в корпусе, закрепления в породе с возможностью проталкивания бурильного инструмента (не показан). Корпус 1 внутри снабжен коаксиальным стаканом 3 с крыльчаткой 4, изготовленной с возможностью придания вращения под действием потока жидкости и оснащенной штоком 5 с червячным винтом 6 на конце, а каждый ролик 2 содержит ряд установленных на нем шестерен, предающих вращение друг другу, при этом крайняя шестерня 10 имеет ось вращения, относительно которой ролик 2 выполнен с возможностью вращения, тем самым выдвигаясь из корпуса 1, прижимаясь к стенкам скважины для создания осевого усилия, ролик 2 оснащен шестерней 7, связанной через ряд шестерен с крайними шестернями 10 и 11, крайняя шестерня 10 выполнена с возможностью взаимодействия с червячным винтом 6, образуя червячную передачу, рычаг 8 одним концом зафиксирован на крайней шестерне 10, а другой конец рычага 8 оснащен осью (не показан) находящейся на втулке 9, установленной соосно со штоком 5.

Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность устройства на чертежах (Фиг. 1 – 3) не показаны или показаны условно.

Устройство для создания осевого усилия на долото при бурении горизонтальных скважин работает следующим образом.

На буровой площадке производят сборку КНБК (не показан), состоящую из породоразрушающего инструмента, например, винтового забойного двигателя, опорноцентрирующих устройств, в которую включают устройства для бурения протяженных горизонтальных скважин. Как минимум три устройства (см. фиг. 3) закрепляют в КНБК (не показан) с помощью резьбовых соединений корпусов 1 (фиг. 1 и 2) внутренней и наружной резьбы (не показаны) с поворотом относительно друг друга, обеспечивающем равномерное расположение по периметру толкающих роликов 2. После сборки, КНБК спускают на забой скважины для бурения протяженного горизонтального участка.

При бурении горизонтальной скважины наблюдается значительное снижение механической скорости бурения, нагрузка на долото (не показано) КНБК снижается. Для исключения снижения нагрузки на долото применяют предлагаемое устройство, в котором жидкость поступает в полость корпуса 1, создав необходимое давление проходя через коаксиальный стакан 3 с крыльчаткой 4, создает вращение штока 5 с червячным винтом 6 на конце. Червячный винт 6, передает вращение шестерне 10, которая соединена с шестерней 11, передающих вращение через ряд зубчатых передач (не обозначен позицией), закрепленных на рычаге 8, вращение шестерне 7 с роликом 2. Так как рычаг 8 подпружинен наружу, то поворачиваясь относительно оси, прижимает ролик 2 к стенкам скважины. При этом ролик 2 толкает корпус 1 и КНБК, снижая сопротивление колонны бурильных труб (не показаны) о стенки скважины и создавая необходимое продольное усилие при бурении на забой долотом, благодаря подбору передаточного числа червячной передачи 6 и 10 и зубчатых передач 11 (эмпирическим путем).

Скорость вращения роликов 2 может контролироваться с помощью расхода промывочной жидкости, проходящих внутри корпуса 1.

Предлагаемое устройство имеет простую конструкцию, что позволяет произвести его сборку в полевых условиях, и снизить затраты. Многофункциональность устройства определяется, за счет возможности одновременно толкать КНБК и проводить замеры положения ствола скважины. Сокращает аварийные ситуации, снижая коэффициент трения бурильной колонны о стенки скважины и позволяя довести максимальную нагрузку до долота. Увеличивает эффективность бурения, снижает энергозатраты, повышает эффективность и надежность бурения, обеспечивает высокие технико-экономические показатели строительства скважин.

Устройство для создания осевого усилия на долото при бурении горизонтальных скважин, содержащее цилиндрический корпус и подпружиненные к стенкам скважины ролики, находящиеся на определенном расстоянии друг от друга, выдвигающиеся за счет прохождения потока промывочной жидкости, с возможностью закрепления в стенках скважины и с возможностью проталкивания бурильного инструмента, отличающееся тем, что корпус внутри снабжен коаксиальным стаканом с крыльчаткой, изготовленной с возможностью придания вращения под действием потока жидкости и оснащенной штоком с червячным винтом на конце, каждый ролик содержит ряд установленных на нем шестерен, передающих вращение друг другу, при этом крайняя шестерня имеет ось вращения, относительно которой ролик выполнен с возможностью вращения, тем самым выдвигаясь из корпуса, прижимаясь к стенкам скважины для создания осевого усилия, крайняя шестерня выполнена с возможностью взаимодействия с червячным винтом на конце штока, образуя червячную передачу, рычаг одним концом зафиксирован на крайней шестерне, а другой конец рычага оснащен осью вращения, находящейся на втулке, установленной соосно со штоком, рычаг подпружинен наружу с возможностью выдвижения ролика относительно корпуса.

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована при вторичном вскрытии продуктивных пластов путем формирования одновременно нескольких боковых дренирующих стволов малого диаметра. Способ синхронного гидромониторного сооружения множеств дренирующих стволов малого диаметра включает спуск на заданный участок ствола скважины на колонне насосно-компрессорных труб перфорационного устройства, осевую подачу с дневной поверхности колонны насосных штанг с прикрепленным к ее нижнему концу делителем потока рабочей жидкости, разделение потока рабочей жидкости по каналам гибких трубок в делителе, продвижение по отклоняющему каналу в окно обсадной колонны гибкой трубки с прикрепленным на ее конце гидромониторным породоразрушающим инструментом с дальнейшим формированием боковых дренирующих стволов малого диаметра, расходящихся в различных направлениях относительно оси ствола скважины, по завершении формирования бокового дренирующего ствола малого диаметра возврат гибкой трубки в изначальное положение.

Способ определения стабилизирующей способности бурового инструмента // 2769714

Изобретение относится к области горно-буровых работ и предназначено для определения стабилизирующей способности бурового инструмента. Способ определения стабилизирующей способности бурового инструмента путем измерения отклонения ствола скважины от заданного направления заключается в том, что измеряют угол отклонения в месте пересечения бурового инструмента с пластиной горной породы, определенной твердости, в перпендикулярной плоскости пластины и в плоскости простирания пластины в интервале бурения, а показатель стабилизирующей способности бурового инструмента определяют по формуле где Δθ - угол отклонения в перпендикулярной плоскости пластины; Δα - угол отклонения в плоскости простирания пластины; L - интервал бурения.

Узел регулируемого изгиба для забойного двигателя // 2765901

Изобретение относится к забойным двигателям, включающим узлы регулируемого изгиба для направленного бурения. Забойный двигатель для направленного бурения содержит узел карданного вала, включающий корпус карданного вала и монолитный, неразъемный карданный вал, расположенный внутри корпуса карданного вала с возможностью вращения, причем корпус карданного вала имеет центральную ось, первый конец и второй конец напротив первого конца корпуса карданного вала, карданный вал имеет центральную ось, первый конец, второй конец напротив первого конца карданного вала и приемное устройство, аксиально выступающее из второго конца карданного вала, узел опоры, включающий корпус опоры и шпиндель опоры в виде монолитной цельной конструкции, расположенный внутри корпуса опоры с возможностью вращения.

Способ бурения наклонно-направленной скважины и устройство для его осуществления // 2765025

Группа изобретений относится к особым способам и устройствам направленного бурения для изменения направления буровой скважины. Устройство для бурения наклонно-направленной скважины содержит невращающийся корпус (1) с нижним стабилизатором (2), основное долото (3), узел (4) управления смещением оси канала скважины.

Буровая компоновка с использованием герметичного саморегулируемого отклоняющего устройства для бурения наклонных скважин // 2759374

Группа изобретений относится к области бурения наклонных стволов скважин. Буровая компоновка для бурения ствола скважины содержит корпус, имеющий верхний участок и нижний участок, отдельный от верхнего участка, скважинный привод для вращения бурового долота относительно бурильной трубы, вал, соединенный со скважинным приводом и буровым долотом и размещенный в корпусе, шарнирный элемент, соединяющий верхний участок корпуса и нижний участок корпуса с возможностью наклона нижнего участка корпуса относительно верхнего участка корпуса вокруг шарнирного элемента, когда бурильная труба является неподвижной относительно возможности вращения, чтобы обеспечить бурение криволинейного участка ствола скважины, когда буровое долото вращается с помощью привода, а вращение бурильной трубы приводит к уменьшению наклона между верхним и нижним участками для обеспечения бурения более прямого участка ствола скважины, подшипниковый участок на нижнем участке, присоединяющий с возможностью вращения вал к нижнему участку, причем вал размещен и выполнен с возможностью вращения посредством привода внутри верхнего участка, нижнего участка, подшипникового участка и шарнирного элемента, и как минимум одно уплотнение, которое уплотняет по меньшей мере часть поверхности шарнирного элемента.

Буровая компоновка с использованием саморегулируемого отклоняющего устройства и датчиков направления для бурения наклонных скважин // 2757846

Группа изобретений относится к области наклонно-направленного бурения скважин. Буровая компоновка для бурения ствола скважины содержит скважинный привод для вращения бурового долота относительно бурильной трубы, вал, соединенный со скважинным приводом и буровым долотом, корпус, имеющий верхний участок и нижний участок, отдельный от верхнего участка, отклоняющее устройство, расположенное между верхним и нижним участками и соединяющее их с возможностью наклона нижнего участка относительно верхнего участка вокруг шарнирного элемента, когда бурильная труба является неподвижной относительно возможности вращения, чтобы обеспечить бурение криволинейного участка ствола скважины, при этом вращение бурильной трубы заставляет отклоняющее устройство уменьшать наклон для обеспечения бурения более прямого участка ствола скважины, датчик, обеспечивающий измерения, относящиеся к направлению буровой компоновки для бурения ствола скважины в требуемом направлении.

Способы и системы бурения многоствольных скважин // 2755763

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей отрасли, в частности к бурению многоствольных скважин. Узел дефлектора включает трубчатый корпус, содержащий окно в стенке трубчатого корпуса, дефлектор, расположенный под окном и содержащий полость, проходящую вдоль осевой длины дефлектора, и наклонную поверхность дефлектора, форма которой позволяет направлять объект к окну; стержневую пробку, которая выполнена с возможностью соединения съемным образом внутри полости и содержит гнездо и вторую наклонную поверхность, форма которой позволяет направлять объект к окну, совмещенную с наклонной поверхностью дефлектора.

Способ строительства многоствольной скважины // 2742087

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к строительству кустов нефтяных и газовых скважин для эксплуатации продуктивного пласта. Способ включает спуск в обсадную колонну в требуемый интервал колонны труб, на конце которой расположен отклонитель, прорезание обсадной колонны, последовательное формирование по периметру обсадной колонны технологических каналов в продуктивном пласте необходимой длины при помощи гибкой трубы с герметично соединенным соплом на конце, через которые подают жидкость под давлением, последовательно при помощи поворота отклонителя формируя по периметру ряд технологических каналов, выполненных с возможностью установки в них на гибкой трубе фильтров, сообщенных между собой гибкими сочленениями.

Забойный двигатель с гидравлическим регулятором (варианты) // 2741297

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.

Способ селективного доступа в стволы многоствольной скважины и оборудование для реализации способа // 2740283

Изобретение относится к устройствам и способам заканчивания скважин с боковыми или дополнительными стволами. Техническим результатом является повышение эффективности проведения внутрискважинных работ.

Роторно-управляемая система для бурения скважин с замкнутым циклом принятия решения // 2776547

Роторно-управляемая система (РУС) для бурения скважин с замкнутым циклом принятия решения предназначена для бурения преимущественно наклонно-направленных и горизонтальных участков скважин. РУС включает поверхностный привод, установленный в компоновке низа бурильной колонны (КНБК) отклонитель с вращающимся шпинделем и корпусом и с невращающимся геостационарным корпусом, центратор отклонителя, долото, расположенное ниже отклонителя, забойный двигатель, установленный над отклонителем, забойные и поверхностные процессоры, соединенные между собой каналом связи, блоки поверхностных и забойных датчиков системы ориентации КНБК и регистрации и контроля параметров бурения и физических свойств окружающих пород, плашки отклонителя, установленные на геостационарном корпусе с возможностью выхода в радиальном направлении для упора о стенку ствола скважины с целью создания отклоняющей силы, метку-излучатель и датчик-приемник системы определения пространственного положения плашек, гидропривод плашек отклонителя, включающий гидравлические распределительные каналы, поршни и масляные насосы высокого давления с электроприводом, управляемые забойным процессором посредством контроллера гидропривода, внутренние и внешние уплотнительные элементы, размещенные в кольцевой щели между невращающимся геостационарном корпусом и вращающимся шпинделем для герметизации гидравлических распределительных каналов между собой и внешним пространством кольцевой щели.