УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН Российский патент 1994 года по МПК E21B7/08 

Изобретение относится к бурению скважин и предназначено для изменения направления ствола скважины по команде с поверхности.

Известно устройство для направленного бурения скважин, включающее корпус, неподвижную стабилизирующую лопасть, подвижную стабилизирующую лопасть, отверстие с клапаном [1].

Недостатком этого устройства является низкая надежность его работы на больших углах наклона скважины, обусловленная тем, что при большом рабочем усилии на подвижной стабилизирующей лопасти возникает расклинивание устройства между стенками скважины, препятствующее подаче породоразрушающего инструмента. При меньшем усилении на подвижные лопасти возможно ее прижатие к корпусу под действием веса компоновки и устройства.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является октлоняющее устройство, содержащее корпус, установленный на корпусе контактный элемент с пружиной и связанный с ним отклонитель с двумя диаметрально расположенным контактными элементами с поршневой камерой, средство управления положением контактных элементов. Первый контактный элемент постоянно отжат наружу под действием пружины, а второй может выдвигаться из корпуса под действием давления жидкости [2].

Недостатком этого устройства является низкая надежность его работы при больших углах наклона скважины и расположении контактных элементов в вертикальной плоскости. Это обусловлено тем, что при нижнем расположении первого контактного элемента он может вжиматься в корпус под действием веса компоновки, а при нижнем расположении второго контактного элемента возможно его перемещение в корпус под действием веса компоновки низа бурильной колонны. Возможность такого произвольного положения устройства не гарантирует проводки скважины точно по заданной траектории.

Целью изобретения является повышение надежности.

Указанная цель достигается тем, что управляемый отклонитель для бурения направленных скважин с выдвижными контактными элементами, включающий корпус, установленный на корпусе контактный элемент с пружиной и связанный с ним контактный элемент с поршневой камерой, средство управления положением контактного элемента, снабжен силовыми поршнями, размещенными в поршневой камере и связанными с контактным элементом, связь между контактными элементами выполнена жесткой так, что они образуют единую опору-центратор с поперечным размером, большим диаметра корпуса.

Средство управления положением контактного элемента выполнено в виде штока с подпружиненным клапаном на нижнем конце и пружиной на верхнем, расположенного вдоль оси корпуса и уплотненного относительно последнего, кулисы с пазом, углубленным по краям, укрепленной в корпусе и связанной со штоком, дополнительного поршня со штоком, уплотненным и подпружиненным относительно корпуса, с подпоршневой полостью, связанной с затрубным пространством, пружинного фиксатора, установленного на штоке поршня вилки, связанной со штоком и взаимодействующей с фиксатором, свободные концы которой размещены в пазу кулисы.

Кроме того, имеется средоразделитель, образующий с силовыми поршнями замкнутую герметичную полость, заполненную смазывающей жидкостью. При этом силовых поршней как минимум один.

На фиг.1 изображен продольный разрез управляемого отклонителя с выдвижными контактными элементами, находящегося в положении отклонения, т.е. с выдвинутым выдвижным элементом; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Управляемый отклонитель с выдвижными контактными элементами содержит корпус 1, установленные в нем симметрично относительно его оси первый контактный элемент 2 с пружиной 3 и второй контактный элемент 4 с поршневой камерой 5, герметичную полость 6 со смазывающей жидкостью и средоразделителем 7, соединенную гидравлически с поршневой камерой 5. В последней в один ряд вдоль оси корпуса 1 установлены с возможностью перемещения силовые поршни 8, взаимодействующие с контактным элементом 4. В верхней части корпуса установлено средство управления положением контактного элемента, выполненное в виде штока 9 с подпружиненным клапаном 10 на нижнем конце и пружиной 11 на верхнем, расположенного вдоль оси корпуса 1 и уплотненного относительно последнего. Со штоком 9 посредством тяги 12 связана кулиса 13 с осью 14 и пазом 15, имеющим по краям углубления 16. Осью 14 кулиса 13 укреплена в корпусе 1, где установлен дополнительный поршень 17 со штоком 18, уплотненный и подпружиненный относительно корпуса 1, с подпоршневой полостью, связанной с затрубным пространством отверстием 19. На штоке 18 установлены пружинный фиксатор 20 и взаимодействующая с ним вилка 21, свободные концы которой размещены в пазу 15 кулисы 13. Количество силовых поршней 8 как минимум один. Контактные элементы 2 и 4 жестко связаны друг с другом, образуя единую опору-центратор.

Управляемый отклонитель с выдвижными контактными элементами работает следующим образом.

В полости бурильной колонны создают заданное давление, например, включением бурового насоса с регулируемым приводом. При этом дополнительный поршень 17 опускается, преодолевая сопротивление своей пружины, отверстие 19 служит демпфером, шток 18 поршня 17 опускает вилку 21, свободные концы которой взаимодействуют с углублением 16 паза 15, находящимся вверху. При этом кулиса 13 поворачивается на оси 14 и тягой 12 поднимает шток 9 с подпружиненным клапаном 10. Давление жидкости при закрытом клапане 10 не достигает силовых поршней 8 и опора-центратор занимает центральное положение, так как наружные поверхности контактных элементов 2 и 4 находятся на одинаковом удалении от оси корпуса 1. Управляемый отклонитель в данном случае работает как центратор.

При снятии давления дополнительный поршень 17 поднимается и поднимает вилку 21, свободные концы которой скользят по верхней гладкой поверхности паза 15, не вызывая поворота кулисы 13. При следующем подъеме давления дополнительный поршень 17 снова опускается, свободные концы вилки 21 попадают в другое углубление 16 паза 15, находящееся вверху, и поворачивают кулису 13, которая опускает шток 9, открывая клапан 10, пропускающий давление жидкости, передаваемое средоразделителем 7 от бурового раствора смазывающей жидкости во внутренней подпоршневой полости 6 к силовым поршням 8. Опора-центратор сдвигается в сторону контактного элемента 4, при этом контактный элемент 2 полностью убирается в корпус 1. Ось отклонителя максимально отклоняется от оси скважины, но распорного действия не возникает, так как размеры опоры-центратора соответствуют диаметру скважины. Управляемый отклонитель работает в режиме отклонения. При снятии давления пружина 3 возвращает опору-центратор в центральное положение, выдавливая смазывающую жидкость из поршневой камеры 5 в полость 6. Пружина 11 приподнимает шток 9 до касания клапаном 10 седла. Остатки смазывающей жидкости выжимаются из поршневой камеры 5, отжимая подпружиненный клапан 10 на его пружине относительно штока 9. Фиксатор 20 удерживает вилку 21 при переходе из верхней части паза 15 в углубление 16 в наклонных скважинах.

В качестве примера конкретного исполнения имеется конструкция отклонителя диаметром 195 мм, длиной 2,5 мм с размером опоры-центратора 215 мм, выдвижение опоры-центратора в сторону - до 30 мм. При применении в скважинах диаметром больше 215 мм на каждый из контактных элементов опоры-центратора устанавливаются накладки одинаковой толщины.

Использование: для изменения направления бурения ствола скважины по команде с поверхности. Сущность изобретения: устройство содержит отклонитель с двумя диаметрально расположенными и жестко связанными между собой контактными элементами. Между внутренней поверхностью контактных элементов и корпусом установлены поперечные поршни с одной стороны и пружина с другой. В корпусе установлен цилиндр с поршнем, шток которого связан вилкой с кулисным механизмом. Под отклонителем расположена камера с рабочей жидкостью, гидравлически связанная с поршневой полостью контактного элемента. В полости рабочей камеры размещен стержень с подпружиненным клапаном. Верхний конец стержня связан с шарниром кулисного механизма. При возникновении давления заданной величины поршень в цилиндре опускается, вилка поворачивает кулису и стержень, опускаясь, открывает клапан. Поршни контактного элемента выдвигаются и смещают в сторону контактный элемент. Происходит искривление скважины под действием возникающей боковой силы. При выключении давления пружина возвращает контактный элемент в центральное положение. Отклонитель работает как центратор. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН, включающее корпус, установленный на нем с возможностью радиального перемещения отклонитель с двумя диаметрально расположенными контактными элементами, жестко связанными между собой, пружину, установленную между корпусом и внутренней поверхностью первого контактного элемента, перекрытую с одной стороны поршнем камеру с рабочей жидкостью, с другой стороны гидравлически связанную с полостью между корпусом и внутренней поверхностью второго контактного элемента, и узел управления отклонителем, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе, оно снабжено установленным в полости между корпусом и внутренней поверхностью второго контактного элемента по крайней мере одним поршнем, а камера с рабочей жидкостью расположена под отклонителем. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел управления отклонителем выполнен в виде установленного по оси корпуса и уплотненного относительно него стержня с подпружиненным клапаном на нижнем конце и пружиной на верхнем, закрепленной в корпусе и связанной со стержнем кулисы с пазом, углубленным по краям, цилиндра и размещенного в нем подпружиненного поршня со штоком с подпоршневой полостью, связанной с затрубным пространством, пружинного фиксатора, установленного на штоке поршня, и связанной со штоком с возможностью взаимодействия с его фиксатором вилки, свободные концы которой размещены в пазу кулисы, причем подпружиненный клапан стержня размещен в полости с рабочей жидкостью.