РОТОРНЫЙ ОТКЛОНИТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК E21B7/06 

Изобретение относится к бурению наклонно-направленных скважин, а именно к отклоняющим системам, предназначенным для забуривания наклонного ствола.

Известен отклонитель для бурения наклонных скважин, включающий корпус, эксцентрично расположенный в нем вал с дросселем, подпружиненный поршень, размещенный между корпусом и валом, выдвижные раскрепляющие элементы, выполненные в виде двух роликов, расположенных один над другим с возможностью перемещения по хорде окружности поперечного сечения корпуса при воздействии осевой нагрузки [1] .

Перекос колонкового набора относительно оси скважины достигается за счет эксцентрично расположенного вала, шарнирного узла и поршня с эксцентричным отверстием под вал. Усилия на поверхность поршня распределяются неравномерно, что вызывает его перекос, увеличение сил трения, износ и заклинивание. Наличие шарнирного узла из-за сложности герметизации узла и наличия подвижных элементов снижает надежность работы устройства в целом. Создание перепада давления в надпоршневой полости ведет к повышению давления в насосах, увеличению в них потребляемой мощности, расхода топлива или электроэнергии на привод насоса, что способствует загрязнению надпоршневой полости, ослаблению сечения вала, размыву дросселя и снижению надежности работы отклонителя в целом.

Известен отклонитель, содержащий статорный корпус, присоединяемый одним концом к колонне бурильных труб, и роторный вал, вращающийся в корпусе. На корпуса вблизи одного его конца установлены лопасти, входящие в контакт с одной стенкой скважины, а с другого конца - выдвижной элемент, который перемещается в поперечном направлении от корпуса до входа в противоположную стенку скважины. Выдвижной элемент приводят в движение поршнем с помощью давления жидкости [2] .

Наличие опоры бочкообразной формы с криволинейной наружной поверхностью, которая в продольном сечении имеет вид дуги окружности и снабжена спиральными канавками, способствует образованию рычага, что ведет к усложнению конструкции, снижению надежности.

Известен отклонитель, содержащий корпус, в верхней и нижней части опорные элементы, имеющие по периметру корпуса различную высоту, расположенный в полости корпуса полый вал со средствами фиксации относительно корпуса и установленный в средней части корпуса выдвижной элемент с приводом [3] .

К недостаткам отклонителя можно отнести следующее:
опорные элементы выполнены из металла и жестко зафиксированы, что ведет к посадкам и заклиниваниям инструмента при спуско-подъемных операциях;
контакт опорных элементов со стенками скважины представляет собой небольшой сектор, что говорит о ненадежной фиксации отклонителя в скважине и ведет к его провороту во время бурения;
выдвижной распорный элемент крепят к резиновой камере винтами, что при многократном использовании ведет к выходу из строя резины в местах крепления, то есть снижается надежность работы устройства в целом.

Целью изобретения является повышение надежности работы.

Поставленная цель достигается тем, что в роторном отклонителе, включающем корпус, установленные на верхней и нижней частях корпуса опорные элементы, имеющие по периметру корпуса различную высоту, расположенный в полости корпуса полый вал со средствами фиксации относительно корпуса и установленный в средней части корпуса выдвижной элемент с приводом, отклонитель снабжен ножами, расположенными на корпусе диаметрально выдвижному элементу, а привод последнего выполнен в виде подпружиненного поршня с наклонным пазом на наружной поверхности для размещения выдвижного элемента, средство фиксации вала относительно корпуса выполнено в виде штифта, связанного с валом кулачка на торцовой поверхности корпуса, а опорные элементы - в виде лопастей и эластичных элементов, расположенных между корпусом и основаниями лопастей, причем жесткость эластичных элементов, расположенных между корпусом и основаниями лопастей, причем жесткость эластичных элементов между корпусом и большими лопастями больше жесткости эластичных элементов между корпусом и меньшими лопастями.

На фиг. 1 дана схема отклонителя в статике; на фиг. 2 - тоже, в работе; на фиг. 3, 4, 5 - сечения по А-А, В-В, С-С соответственно.

Роторный отклонитель состоит из корпуса 1, на поверхности которого выполнено два ножа 2, полого вала 3, кольцевого поршня 4 со скошенной поверхностью 5, на которой установлен диаметрально противоположно ножам 2 выдвижной элемент 6 и средство фиксации вала 3 относительно корпуса 1, выполненного в виде штифта 7 на валу 3 и кулачка 8 на торцовой поверхности поршня 4.

Корпус выполнен с отверстием 9 для выдвижного элемента 6. Между корпусом 1 и валом 3 размещены кольцо 10, через которое происходит сжатие пружины 11, ограничительная втулка 12, уплотнения 13, предотвращающие попадание бурового раствора в подшипники 14, и опорное кольцо 15. К корпусу 1 через ниппель 16 крепят нижний 17 и верхний 18 переводники, в пазах которых установлены опорные элементы в виде лопастей 19, часть из которых имеет большую высоту и большую жесткость эластичных элементов 20, чем противоположные лопасти 21 с меньшей жесткостью эластичных элементов 22.

Перед спуском отклонителя в скважину на один конец вала навинчивают долото, а на другой - устройство для ориентирования, причем репер устройства находится на одной образующей со штифтом 7. При сборке отклонителя необходимо, чтобы выдвижной элемент 6 находился диаметрально противоположно двум ножам 2 и большим по высоте лопастям 19.

Работает отклонитель следующим образом. После спуска отклонителя в скважину осуществляют поворот колонны на угол не менее 360^о. В результате происходит зацепление штифта 7 с кулачком 8 и через выдвижной элемент 6 передается вращение корпусу 1. После определения положения выдвижного элемента 6 производят поворот бурильной колонны на требуемый угол, по ходу часовой стрелки, чтобы штифт 7 находился в постоянном зацеплении с кулачком 8. Затем производят набивку реперной метки на верхней муфте бурильной трубы. Наворачивают квадрат, подают промывочную жидкость, которая попадает в надпоршневое пространство. Поршень 4 под действием перепада давления движется вниз, сжимает пружину 11, кулачок 8 выходит из зацепления, а выдвижной элемент 6 выходит из корпуса 1 и упирается в стенку скважины, отталкивая отклонитель Одновременно ножи 2 прижимаются к стенке скважины, а подпружиненные эластичные элементы 22, большие лопасти 19 на верхнем 18 и нижнем 17 переводниках создают перекос отклонителя в скважине, при этом меньшие лопасти 21 фиксируют его от проворота, обеспечивая тем самым надежную фиксацию корпуса 1 и гарантированный перекос при поступательном движении вниз.

При необходимости подъема инструмента прекращают подачу промывочной жидкости, поршень 4 под действием пружины 11 возвращается в исходное положение, выдвижной элемент 6 входит в корпус 1. Производят подъем, при этом более эластичные элементы 22 меньших лопастей 21 предотвращают заклинивание инструмента.

Пример конкретного осуществления. Приняты следующие параметры: диаметр отклонителя d_т = 195 мм; длина корпуса L = = 6800 мм; эксцентричные лопасти от конца отклонителя на расстоянии l = 305 мм; диаметр долота D_дол. = 215 мм; высота долота l_дол. = 300 мм; длина переводника l_п = 300 мм; расход жидкости 10 л/с; сила, действующая на пружину, 390 кг; ход пружины 40 мм; выход выдвижного элемента до 25 мм за пределы корпуса; интенсивность роторного отклонителя i = 22 град на 100 м.

Данный отклонитель позволяет увеличить проходку на долото за одно долбление и сократить количество спускоподъемных операций и холостых рейсов за счет повышения надежности его работы. (56) Авторское свидетельство СССР N 909090, кл. E 21 B 7/08, 1980.

Патент США N 4185704, кл. E 21 B 7/06, 1980.

Авторское свидетельство СССР N 1121372, кл. E 21 B 7/08, 1984.

Использование: при бурении наклонно-направленных скважин. Сущность изобретения: роторный отклонитель включает корпус 1 с ножами 2, на концах которого установлены верхний 18 и нижний 17 переводники, снабженные лопастями, имеющими разную высоту и эластичные элементы различной жесткости. У лопастей 19 большей высоты эластичные элементы 20 большей жесткости, чем у лопастей 21 меньшей высоты. Большие лопасти на переводниках размещены диаметрально противоположно. В корпусе 1 размещен вал 3 и кольцевой поршень 4 со скошенной боковой поверхностью 5, которая снабжена выдвижным элементом 6 с помощью соединения, типа ласточкина хвоста. Торцовая поверхность поршня снабжена кулачком 8 с возможностью взаимодействия со штифтом 7, установленным на валу 3. Для ориентирования отклонителя в нужном направлении больше лопасти 19, штифт 7 и выдвижной элемент 6 расположены в одной плоскости. 5 ил.

РОТОРНЫЙ ОТКЛОНИТЕЛЬ, включающий корпус, установленные на верхней и нижней частях корпуса опорные элементы, имеющие по периметру корпуса различную высоту, расположенный в полости корпуса полый вал со средствами фиксации относительно корпуса и установленный в средней части корпуса выдвижной элемент с приводом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе, он снабжен ножами, расположенными на корпусе диаметрально выдвижному элементу, привод последнего выполнен в виде подпружиненного поршня с наклонным пазом на наружной поверхности для размещения выдвижного элемента, средства фиксации вала относительно корпуса выполнены в виде штифта, связанного с валом, и кулачка на торцевой поверхности корпуса, а опорные элементы - в виде лопастей и эластичных элементов, расположенных между корпусом и основаниями лопастей, причем жесткость эластиных элементов между корпусом и большими лопастями больше жесткости эластичных элементов между корпусом и меньшими лопастями.