ШАРНИРНЫЙ ОТКЛОНИТЕЛЬ ДЛЯ БУРЕНИЯ НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН Российский патент 1996 года по МПК E21B7/08 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для проводки искривленного ствола скважины, то есть в заданном направлении.

Для осуществления бурения скважины в заданном направлении известны различные устройства.

Например, известен соединительный корпус бурового гидравлического двигателя [1] включающий верхнюю, центральную и нижнюю части, стабилизатор, муфту, уплотняющее кольцо, шпонки, поршни, пружину, рычаги, ствол и собачки-ограничители вращения.

Соединительный корпус соединяет двигательную и шпиндельную секции гидравлического двигателя таким образом, что угол между продольной осью двигательной секции и шпиндельной секции может быть изменен. Углы верхней и нижней частей корпуса выравнены по продольным осям. Центральная часть имеет два угла по продольной оси. Сумма этих углов равна сумме углов верхней и нижней частей. Верхняя и нижняя части в совокупности друг с другом противодействуют ротации, но могут поворачиваться на 180^о относительно центральной части.

При вращении верхней и нижней частей центральная часть закрепляется стабилизатором. Собачки ограничивают относительное вращение между центральной и двумя другими частями корпуса, чтобы она не превышала 180^о. Поршни предотвращают вращение центральной части относительно двух других частей при прокачке рабочей жидкости (бурового раствора) через соединительный корпус. Когда рабочая жидкость не проходит через соединительный корпус, пружина устанавливает поршни в такое положение, когда центральная часть может вращаться относительно других частей. Если углы верхней и нижней частей выравнены (находятся на одной линии) с углами центральной части, соединительный корпус имеет общий угол, равный 30'. Когда углы центральной части выравнены в обратном направлении к углам верхней и нижней частей, углы нейтрализуют друг друга, соединительный корпус находится в прямом положении, то есть можно бурить прямую скважину. Таким образом, данная конструкция позволяет производить бурение наклонных (в заданном направлении) скважин. Однако имеет ограниченный (30') небольшой угол искривления, что не позволяет осуществить высокий темп набора кривизны скважины. Кроме того, соединительный корпус имеет сложную конструкцию и в силу этого трудоемок в изготовлении и не обеспечивает соответствующей надежности в эксплуатации.

Известен также узел универсальной муфты для приводного вала забойного двигателя [2] включающий несколько компонентов. Это первая роторная деталь, имеющая продольную ось и наружную трубчатую часть на одном из своих концов. Эта часть концентрически расположена вокруг оси. Вторая роторная деталь имеет вторую продольную ось и внутреннюю трубчатую часть на одном из своих концов. Эта часть также концентрически расположена вокруг оси. Вторая деталь имеет конструкцию, позволяющую вдвигать ее в наружную трубчатую конечную часть первой детали. Первая и вторая роторные детали соответственно соединены с турбинной и шпиндельной секциями забойного двигателя. Для передачи осевых нагрузок между первой и второй деталями служит шарикоподшипник, который обеспечивает шарнирное соединение между первой и второй деталями. Этим соединением обеспечивается ограниченное шарнирное вращение во все стороны одной из деталей относительно второй вокруг точки пересечения продольных осей.

Для передачи вращающего момента между наружной и внутренней трубчатыми конечными частями предусмотрены шпонки и прорези. Продольные прорези находятся на одном трубчатом конце частей детали, а шпонки выступают с другого трубчатого конца и вступают в процесс передачи вращающего момента. Шарнирный механизм от попадания рабочей жидкости защищен специальными уплотнениями: одним плавающим и одним неподвижным.

Недостатком данного узла универсальной муфты являются сложность конструкции и значительные габариты по длине, что отрицательно влияет на возможность свободного прохождения искривленного двигателя и в целом бурильной колонны через прямой участок скважины. Это, в свою очередь, отрицательно сказывается на темпе набора кривизны скважин.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является отклонитель-турбобур (Забойные двигатели и запасные части. Каталог. М. Недра, 1980, с. 125, рис. 42). Данные турбобуры состоят из турбинной и шпиндельной секций, соединенных между собой жестким кривым отклонителем. Такой отклонитель представляет из себя весьма простую конструкцию. Это искривленный переводник с жестким углом искривления, например, 1^о30''. Недостаток такого отклонителя заключается в том, что жесткий искривленный отклонитель имеет небольшой ограниченный угол кривизны, так как при большом угле кривизны не обеспечивается прохождение забойного двигателя и в целом бурильной колонны через прямолинейный участок скважины.

Целью изобретения является возможность увеличения угла наклона скважины (уменьшение радиуса кривизны, особенно при бурении горизонтальных скважин) при свободном прохождении забойного двигателя или бурильной колонны через ее прямолинейный участок, а также повышение надежности работы.

В отклонителе шарнирном для бурения наклонно-направленных скважин верхний переводник шарнирно соединен с искривленным переводником с помощью пальцев, закрепленных в верхнем переводнике, для обеспечения поворота искривленного переводника относительно верхнего, причем жесткий угол искривленного переводника и угол поворота переводников относительно друг друга лежат в одной плоскости.

Цель достигается посредством того, что наибольший угол искривления шарнирного отклонителя образуется за счет суммы жесткого угла искривленного переводника и угла ограниченного шарнирного поворота верхнего переводника относительно искривленного вокруг пальцев, а при прохождении прямолинейного участка скважины эти углы нейтрализуют друг друга, так как лежат в одной плоскости. Надежность в работе достигается простотой конструкции, состоящей всего из шести деталей, а именно искривленного и верхнего переводников, двух пальцев и уплотнения.

На фиг. 1 показан шарнирный отклонитель для бурения наклонно-направленных скважин, общий вид; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Шарнирный отклонитель включает верхний переводник 1, искривленный переводник 2, пальцы 3, уплотнение 4 и втулку 5. Верхний переводник 1 шарнирно соединен с искривленным переводником 2 при помощи пальцев 3. Пальцы 3 жестко установлены в отверстиях верхнего переводника 1, а в отверстиях искривленного переводника 2 с зазором. Во внутренней полости верхнего переводника 1 имеется коническая расточка а. На верхнем конце наружной поверхности искривленного переводника 2 имеется коническая выточка b. Причем искривленный переводник 2 имеет угол искривления α
За счет наличия зазора между пальцами 3 в отверстиях искривленного переводника 2 и конических поверхностей а и b этот переводник имеет возможность ограниченного шарнирного поворота за угол γ относительно верхнего переводника 1. Таким образом, общее искривление отклонителя шарнирного составляет сумму углов α и γ Эти углы искривления лежат в одной плоскости. Зазоры между верхним переводником 1 и искривленным переводником 2, а также в месте установки пальцев 3 закрыты уплотнением 4, которое закреплено в расточке верхнего переводника 1 втулкой 5.

Шарнирный отклонитель для бурения наклонно-направленных скважин работает следующим образом.

Шарнирный отклонитель устанавливается между двигательной и шпиндельной (подшипниковой) секциями забойного гидравлического двигателя или между трубами бурильной колонны (на чертеже не показаны).

При спуске колонны жесткий угол α искривления искривленного переводника 2 и угол γ ограниченного шарнирного поворота переводников относительно друг друга нейтрализуются за счет обратного отклонения искривленного переводника 2 относительно верхнего переводника 1 и обеспечивается беспрепятственный спуск колонны через прямолинейный участок скважины. Во время посадки долота на забой (на чертеже не показано) угол α искривленного переводника 2 и угол γ шарнирного соединения поворота переводников относительно друг друга суммируются и тем самым обеспечивается высокая интенсивность набора угла наклона скважины при малом радиусе кривизны. Герметизация от утечки рабочей жидкости через зазоры в шарнирном отклонителе обеспечивается уплотнением 4, которое под давлением рабочей жидкости плотно прижимается к внутренним поверхностями переводников.

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для проводки искривленного ствола скважины, то есть в заданном направлении. Сущность изобретения: отклонитель состоит из верхнего переводника и искривленного переводника, пальцев и уплотнения. Искривленный переводник имеет жесткий угол искривления и шарнирно соединен с верхним переводником при помощи пальцев, что обеспечивает дополнительный угол искривления за счет ограниченного проворота искривленного переводника относительно верхнего. Эти углы лежат в одной плоскости. Для ограничения свободного поворота переводников относительно друг друга на них выполнены взаимно контактирующие цилиндрические и конические поверхности. При спуске в скважину через прямолинейный участок углы нейтрализуют друг друга, а при посадке долота на забой складываются и создают большой общий угол искривления отклонителя, тем самым достигается увеличение угла наклона скважины при минимальном радиусе кривизны. Герметизиция от утечки рабочей жидкости через зазоры между верхним переводником и искривленным переводником обеспечивается уплотнением, которое под давлением рабочей жидкости плотно прижимается к внутренним поверхностям переводников. 2 ил.

ШАРНИРНЫЙ ОТКЛОНИТЕЛЬ ДЛЯ БУРЕНИЯ НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН, включающий прямой переводник и искривленный переводник с жестким углом искривления оси, шарнирно соединенный с прямым переводником при помощи пальцев, отличающийся тем, что на переводниках выполнены попарно расположенные цилиндрические и конические контактирующие поверхности, ограничивающие свободный поворот переводников относительно друг друга.