УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАКЛОННО НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН Российский патент 1995 года по МПК E21B7/08 

Изобретение относится к техническим средствам и технологиям управления траекторией бурящихся вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных скважин.

Известно устройство для наклонно-направленного бурения скважин, включающее корпус и установленные на нем выдвижные опорные элементы [1] Недостатком известного устройства является то, что для изменения азимута направления устройства необходимо поворачивать колонну бурильных труб на расчетный угол, что сопряжено с появлением ошибок в работе по управлению траекторией скважины.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для наклонно-направленного бурения скважин, выполненное в виде корпуса с элементами, чувствительными к зенитному углу, системой управления траекторией скважин, опорными пластинами с гидравлическими приводами и вращающимися внутри корпусов валами [2] Недостатки известного устройства заключаются в низкой чувствительности к углу наклона скважины, небольшом выходе опорных колодок за пределы корпуса, что снижает эффективность работы, особенно в скважинах, осложненных каверными.

На фиг. 1 и фиг.2 показаны верхняя и нижняя части устройства для наклонно-направленного бурения скважин в продольном разрезе; на фиг.3 верхняя часть устройства в увеличенном масштабе; на фиг.4 разрез по А-А на фиг.3.

Устройство для наклонно-направленного бурения состоит из корпуса 1, с которым жестко связано его основание 2, на котором монтируют по окружности, по крайней мере, шесть раздвижных опорных пластин 3. В корпусе 1 соосно с ним размещена цилиндрическая камера 4, на крестовине 5 которой шарнирно подвешен чувствительный к положению устройства в скважине маятник 6, связанный с поршнем 7, поджатым пружиной 8. Ход поршня ограничен гайками 9. Камера 5 крепится к опорному фланцу 10, который через трубки-стойки 11 соединен с основанием 2. Переводник 12 служит для соединения устройства с трубами или центратором, а переводник 13 соединяет устройство с забойным двигателем или центратором (в зависимости от технологических операций).

Узел коррекции траектории ствола скважины содержит расположенные по оси устройства над каждой из опорных пластин 3 связанные между собой высоконапорными шлангами 14 рабочие цилиндры 15 с поршнями и нагнетательные цилиндры 16 с поршнями, причем маятник 6 имеет возможность взаимодействия с поршнем нагнетательных камер, а опорные пластины 3 верхними концами с поршнями рабочих камер. Один конец пластин (нижний) закреплен шарниром к основанию 2 корпуса 1, а верхний свободно скользит вдоль оси основания и шарнирно закреплен к поршню рабочего цилиндра 15. Количество рабочих цилиндров соответствует количеству опорных пластин и расположены на одной оси. Цилиндры закрыты кожухом 17. Опорные пластины 3 выполнены из упругой стали, диаметр окружности, описанный по наибольшей выпуклости пластин, находящихся в не нагруженном состоянии, равен номинальному диаметру скважины, для которой он изготовлен.

К верхнему днищу камеры 4 приварена штанга 18 для поворота камеры с направляющим фланцем 19, соединенных между собой штифтом (не показана), и блока-стойки 20 на расчетный угол приложения отклоняющих сил. Внутри переводника 12 (фиг.4) приварено кольцо, на котором винтом 21 закреплен лимб 22, разделенный на 12 секторов по 30^о. После поворота на расчетный угол в прорезь штанги 18 вставляется плоская пластина 23, фиксирующая положение штока относительно переводника, а следовательно, и корпуса устройства.

При сборке устройства каждая пара (рабочий и нагнетательный цилиндры) устанавливаются по одной оси. После соединения корпуса 1 с основанием 2 и закреплением переводника 13 нулевые отметки 24 (фиг.4) на лимбе 22 и штанге 18 совмещаются, и лимб закрепляется к приваренному кольцу винтами 21. Пластинка 23 вставляется в прорезь в штанге и концами укладывается в пазы лимба. При необходимости изменения направления бурения пластина 23 приподнимается над пазами лимба и штанга 18 поворачивается на расчетный угол, пластинка 23 вновь опускается в пазы лимба и устройство соединяется с колонной бурильных труб. Угол смещения штанги, а следовательно, и угол смещения нагнетательных цилиндров, напрямую связанных с рабочими цилиндрами и опорными пластинами, будет соответствовать углу смещения отклоняющих сил относительно плоскости искривления скважины. Устройство устанавливается между колонной бурильных труб и забойным двигателем. При спуске устройства на забой давление жидкости в колонне бурильных труб и в затрубном пространстве практически одинаковое. Поршень 7 находится в верхнем положении, маятник 4 зависает над направляющим фланцем 19. По окончании спуска труб и подачи раствора в трубах создается давление, равное перепаду его на долоте и двигателе. Жидкость поступает в камеру над поршнем через отверстие 25 и двигает поршень 7 вместе с маятником 6 вниз. Последний своим нижним концом нажимает на один или одновременно на два поршня нагнетательных цилиндров 16. В последних создается давление 10-20 МПа в зависимости от перепада давления на забойном двигателе. От нагнетательных цилиндров давление передается по шлангам к поршням рабочих цилиндров 15. При перемещении поршней сжимаются, увеличиваясь в диаметре, опорные пластины, создавая отклоняющие усилия в заданном направлении. Продольный прогиб пластин обеспечивает работу устройства в скважинах практически любой кавернозности. Опорные пластины, которые не поджаты поршнями, прижимаются стенкой скважины к основанию 2, а их концы глубже входят в рабочие цилиндры. Для этого в гидравлической системе оставляется свободный ход. Величина хода поршня рабочего поршня, а следовательно, и величина стрелы прогиба регулируется величиной хода поршня 7, который ограничивается гайками 9 на подвеске поршня.

Использование: для управления траекториями стволов вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных скважин. Сущность изобретения: устройство содержит корпус, соосно размещенную в нем камеру с маятником и поршнем, закрепленные шарнирно нижним концом, на корпусе опорные пластины и расположенные по оси устройства над каждой из опорных пластин друг над другом рабочие и нагнетательные цилиндры с поршнями,полости которых связаны между собой высоконапорным шлангом. Маятник шарнирно связан с подпружиненным поршнем и установлен с возможностью взаимодействия с поршнями нагнетательных камер, а верхние концы опорных пластин шарнирно связаны с поршнями рабочих камер. При создании давления промывочной жидкости поршень вместе с маятником двигается вниз и маятник, предварительно ориентированный в нужном направлении, своим концом нажимает на поршень нагнетательного цилиндра. Из последнего по шлангу давление передается в полость рабочего цилиндра, обеспечивая прогиб опорных пластин, при незначительном продольном сжатии которых возникает большая стрела прогиба, обеспечивающая касание стенок скважины даже при наличии каверн. В самоориентирующемся устройстве гидравлическая система управления работой опорных пластин локализована от промывочного раствора. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАКЛОННО НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН, включающее корпус, соосно размещенную в нем цилиндрическую камеру с маятником, чувствительным к положению устройства в скважине, и узел коррекции траектории ствола скважины, содержащий рабочую камеру с поршнями для избирательного взаимодействия с раздвижными опорными пластинами, отличающееся тем, что оно снабжено установленным в цилиндрической камере подпружиненным поршнем, рабочая камера выполнена в виде расположенных по оси устройства над каждой из опорных пластин нагнетательного и рабочего цилиндров, полости которых с одной стороны связаны между собой высоконапорным шлангом и с другой стороны соответственно с внутренним и наружным пространствами, причем маятник шарнирно связан с подпружиненным поршнем и установлен с возможностью взаимодействия с поршнем нагнетательной камеры, а опорные пластины шарнирно связаны нижними концами с корпусом и верхними концами с поршнями рабочих цилиндров. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нагнетательные цилиндры установлены с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной к оси устройства, на угол 0 180^o.