РОТОРНЫЙ ОТКЛОНИТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК E21B17/10 

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

Известно устройство для направленного бурения скважин, включающее корпус, в верхней и нижней частях эксцентричные опорные элементы, диаметрально противоположные друг другу, в полости корпуса размещен полый вал, а в средней части подвижный в радиальном направлении выдвижной элемент, который крепится в резиновой камере винтами. На валу имеется отверстие для прохода жидкости во внутреннюю полость выдвижного распорного элемента, имеющего с внутренней стороны резиновую камеру, концы которой заделаны в корпусе.

Выдвижение элемента осуществляется под действием перепада давления и расширения резиновой камеры при пульсации жидкости и значительных поперечных усилиях на выдвижной элемент, при это возникает вероятность усталостного разрушения, разрыва резины и нарушения заделки. Кроме того, при подаче бурильной колонны вниз между выдвижным элементом и породой будет существовать трение скольжения, что будет способствовать зависанию бурильной колонны или ее заклинке, особенно в кавернозной или суженной части ствола.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является роторный отклонитель, включающий корпус с окном, вал, расположенный между корпусом и валом, подпружиненный поршень, шарнирно соединенный с толкателем, расположенным в окне корпуса, накладку, установленную с возможностью перекрытия окна корпуса и ролики для взаимодействия со стенками скважины [2] Поршень под действием давления жидкости перемещается вдоль корпуса, перемещает нажимной элемент в поперечном направлении относительно движения поршня. Элементы, размещенные на корпусе и имеющие бочкообразную форму, расположены для образования точки опоры относительно нажимного элемента таким образом, что вместе образуют рычаг.

Между поверхностью опорного элемента бочкообразной формы и стенкой скважины при движении устройства вниз в точке контакта будут возникать силы трения скольжения, которые будут пропорционально зависеть от коэффициента трения, свойств проходимых пород, бурового раствора и величины поперечной силы, что приведет к зависанию снаряда, недоведению нагрузки к долоту, заклинкам и прихватам. В результате разрушения соединений возможно выпадение выдвижного элемента в скважину и возникновение аварийных ситуаций.

Предлагаемый отклонитель позволит уменьшить силы трения при поступательном движении его в скважине, предупредить аварии, таким образом позволит повысить надежность работы устройства.

Достигается это тем, что в отклонителе, включающем корпус с окном, вал, расположенный между корпусом и валом подпружиненный поршень, соединенный с толкателем, расположенным в окне корпуса, накладку, установленную с возможностью перекрытия окна корпуса и ролика для взаимодействия со стенками скважины, накладка жестко связана с корпусом и выполнена с окном, причем нижний торец последнего совмещен с нижним торцом корпуса, а толкатель связан свободным концом с роликом, при этом поверхность толкателя со стороны накладки снабжена штифтом с возможностью ограничения выхода толкателя.

Снабжение толкателя роликом позволяет за счет перекатывания ролика по стенке скважины при поступательном движении предотвратить заклинивание выдвижного элемента, а также снизить силы трения скольжения и увеличить осевую нагрузку на долото.

Установка на поверхности толкателя штифта позволит также предотвратить аварийные ситуации связанные с выпадением толкателя, с заклиниванием инструмента.

На фиг. 1 изображен роторный отклонитель, общий вид; на фиг.2 разрез по Б-Б на фиг.1; на фиг.3 разрез по В-В на фиг.1.

Роторный отклонитель состоит из корпуса 1, на поверхности которого выполнены ножи 2, полого вала 3 со штифтом 4, кольцевого поршня 5, установленного с зазором относительно вала 3 для создания местных гидравлических сопротивлений, который рассчитывается, исходя из жесткости пружины 6 и хода поршня. Торцевая поверхность поршня 5 снабжена кулачком 7, установленным в непосредственной близости к внутреннему диаметру поршня, причем высота его меньше длины поршня 5. Корпус 1 выполнен с окном 8, расположенным напротив ножей 2. Выдвижной элемент выполнен в виде шарнирного прикрепленного к поршню толкателя 9, который снабжен роликом 10. Окно 8 корпуса 1 перекрыто накладкой 11 с отверстием и упорным выступом 12 для ролика 10. Для предупреждения выпадания толкателя 9 на его поверхности установлен штифт 13. К корпусу с двух сторон присоединены ниппели 14 с эксцентричными выступами, при этом выступы размещены диаметрально противоположно друг другу, а выступы верхнего ниппеля в одной плоскости с выдвижным элементом.

Работает отклонитель следующим образом.

Отклонитель спускают в скважину и осуществляют поворот колонны на угол не менее 360^о. В результате чего происходит зацепление штифта 4 с кулачком 7 и через выдвижной элемент вращение передается корпусу 1. Определяют положение выдвижного элемента с помощью средств ориентирования, установленных на валу выше отклонителя, затем производят поворот бурильной колонны на требуемый угол, чтобы штифт 4 всегда находился в зацеплении с кулачком 7. После чего производят набивку реперной метки на верхней муфте бурильной трубы, которую в дальнейшем используют при наращивании инструмента. Подают промывочную жидкость, которая поступает в надпоршневое пространство. Благодаря перепаду давления поршень 5 движется вниз, сжимает пружину 6, при этом кулачок 7 выходит из зацепления, выдвижной элемент в виде толкателя 9 и ролика 10, упираясь в опорную поверхность 12, выходит из окна 8 накладки 11 и входит в контакт со стенкой скважины, отталкивая от нее отклонитель. Одновременно ножи 2 прижимаются к стенке скважины, а эксцентричные выступы ниппелей 14 создают перекос отклонителя в скважине и происходит фиксация корпуса 1.

При этом при поступательном движении колонны вниз происходит перекатывание ролика 10 по стенке скважины, что увеличивает нагрузку на породоразрушающий инструмент, снижает силы трения. В крайнем нижнем положении поршня 5 выдвижной элемент максимально выходит из отверстия накладки 11, однако при поломке оси толкателя 9 штифт 13 ограничивает его выпадение, тем самым предотвращает заклинивание инструмента. Упор ролика 10 в упорный выступ позволит при нагрузке на кольцевой поршень предотвратить расклинивание сопрягаемой поверхности корпуса 1 и накладки 11.

Использование: при бурении наклонно-направленных скважин, в отклоняющих системах, предназначенных для забуривания наклонного ствола скважины. Сущность изобретения: роторный отклонитель состоит из корпуса 1, установленного в нем вала 2 и размещенного между ними кольцевого поршня 5. В корпусе 1 выполнено окно 8. В поршне 5 установлен шарнирный выдвижной элемент, снабженный роликом 10. Диаметрально противоположно выдвинутому элементу на корпусе 1 установлены ножи, в одной плоскости с которыми размещены эксцентричные выступы верхнего и нижнего ниппелей 14. С одной стороны поршень 5 поджат пружиной 6, а с другой кулачком 7, расположенным в непосредственной близости к внутреннему диаметру поршня, на валу установлен штифт 4 с возможностью взаимодействия его с кулачком 7. При этом при поступательном движении колонны вниз происходит перекрывание ролика 10 по стенке скважины, что увеличивает нагрузку на породоразрушающий инструмент, снижает силы трения. В крайнем нижнем положении поршня 5 выдвижной элемент максимально выходит из отверстия накладки 11, однако при поломке оси толкателя 9, штифт 13 ограничивает его выпадение, тем самым предотвращает заклинивание инструмента. Упор ролика 10 в упорный выступ позволит при нагрузке на кольцевой поршень предотвратить расклинивание сопрягаемой поверхности корпуса 1 и накладки 11. 3 ил.

РОТОРНЫЙ ОТКЛОНИТЕЛЬ, включающий корпус с окном, вал, расположенный между корпусом и валом подпружиненный поршень, шарнирно соединенный с толкателем, расположенным в окне корпуса, накладку, установленную с возможностью перекрытия окна корпуса, и ролики для взаимодействия со стенами скважины, отличающийся тем, что накладка жестко связана с корпусом и выполнена с окном, причем нижний торец последнего совмещен с нижним торцом корпуса, а толкатель связан свободным концом с роликом, при этом поверхность толкателя со стороны накладки имеет штифты для ограничения выхода толкателя.