ОТКЛОНИТЕЛЬ С РЕГУЛИРУЕМЫМ УГЛОМ ИСКРИВЛЕНИЯ ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН Российский патент 1996 года по МПК E21B7/08 

Изобретение относится к буровой технике, в частности к бурильной колонне или забойным двигателям, предназначенным для бурения наклонно-направленных нефтяных и газовых скважин.

Известные отклонители с регулируемым углом искривления сложны по конструкции или требует для изменения угла искривления полной разборки.

Известен отклонитель для направленного бурения (авторское свидетельство N 202815, кл. Е 21 В 7/08, 1966), позволяющий регулировать угол искривления перед спуском в скважину и использовать его для бурения в скважинах с различными углами отклонения. Этот отклонитель состоит из втулки, фигурного ниппеля, гайки с контргайкой, переводника и фиксирующего ножа.

Втулка устанавливается на ниппеле в положении, соответствующем тому или иному требуемому углу искривления отклонителя. Втулка и ниппель соединяются гайкой, затем ввинчивается контргайка, при этом пазы контргайки и ниппеля должны лежать в одной диаметральной плоскости. В пазы вставляется нож, направленный скосами зубьев в сторону искривления. Данная компоновка вставляется в переводник.

Недостаток данного отклонителя заключается в том, что для изменения угла кривизны требуется полная его разборка, связанная с затратой времени, сложность по конструкции, фиксирующий нож препятствует пропуску внутри отклонителя соединительного элемента от забойного двигателя к долоту.

Известен также отклонитель бурового инструмента, позволяющий регулировать угол искривления (авторское свидетельство N 1609931, кл. Е 21 В 7/08, 1988), состоящий из центральной трубчатой секции, жестко связанных с ней под острым углом переводников, узла изменения углового положения одного из переводников и узла взаимного их ориентирования. Узел изменения углового положения переводников выполнен в виде двух патрубков, связанных между собой шлицевым соединением. Ось последнего наклонена под одним углом к оси каждого патрубка. Последние жестко связаны с центральной трубчатой секцией и переводником. Для изменения углового положения переводников по отношению к центральной трубчатой секции разъединяется шлицевое соединение. Патрубки поворачиваются относительно друг друга. Новое угловое положение переводников фиксируется шлицевым соединением. Для приведения в одну плоскость осей центральной трубчатой секции и переводников используется узел взаимного ориентирования переводников, который также выполнен в виде двух патрубков, связанных между собой шлицевым соединением. Данный отклонитель также имеет ряд недостатков, именно: сложность конструкции, сложность изготовления шлицевых соединений, необходимость для изменения угла искривления полной разборки узлов, изменения углового положения переводников и взаимного их ориентирования, значительные габариты в осевом направлении, что исключает интенсивный набор кривизны скважины. Для разборки узлов углового положения переводников и взаимного их ориентирования требуется значительная затрата времени.

Также известен регулируемый изогнутый переводник для направленного бурения (патент США N 4.745.982, МПК Е21 В 7/08, 1988). Данный переводник устанавливается между обычным забойным двигателем (например, двигательной секцией забойного двигателя) и подшипниковой секцией забойного двигателя (например, шпиндельной секцией забойного двигателя) и состоит из сердечника, корпуса, втулки, первой гайки, второй гайки и шпонок. На сердечнике и втулке имеются шпоночные пазы, куда установлены шпонки. Первая гайка навернута на резьбу сердечника. На торцах корпуса и втулки предусмотрены зубцы (пазы и выступы), образуя кулачковую муфту. Для изменения угла искривления переводника отвертывается первая гайка, тем самым освобождается втулка, затем, перемещая ее вдоль шпонок, освобождают сопряженные элементы кулачковой муфты, устанавливают корпус на требуемый угол искривления и затягивают кулачковую муфту. Таким образом, вращательный момент от двигательной секции к долоту передается при помощи кулачковой муфты и многошпоночного соединения.

Положительным качеством переводника является то, что для изменения угла искривления не требуется его разборка. Но имеются и недостатки, а именно: сложность конструкции (наличие кулачковой муфты и многошпоночного соединения), значительные габариты в осевом направлении, что исключает интенсивный набор кривизны скважины, возможность ослабления и отворота первой гайки от вибраций при работе двигателя.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является регулируемое угловое соединение труб (патент США N 5101915, кл. 21 В 7/8, 1992).

Данное техническое решение представляет собой отклонитель с регулируемым углом искривления для направленного бурения скважин и содержит два искривленных переводника, один прямой переводник, промежуточную втулку (муфту) и шпонки. Муфта соединена с искривленными переводниками при помощи цилиндрических резьб. Искривленные переводники связаны между собой зубчатым соединением через прямой переводник, насаженный на муфту и закрепленный от поворота шпонками.

Для изменения угла искривления отвертывается один из искривленных переводников с муфты, тем самым освобождается прямой переводник, затем, перемещая его вдоль оси муфты на шпонках, разъединяют зубчатое соединение, устанавливается требуемый угол искривления и затягиваются резьбы.

Положительным качеством этого отклонителя является то, что для изменения угла искривления не требуется его разборка. Но имеются и недостатки, а именно: сложность конструкции (наличие многошпоночного соединения и дополнительного прямого переводника); соединение искривленных переводников цилиндрическим резьбами может привести к развинчиванию резьб при бурении скважин; наличие дополнительного прямого переводника вызывает увеличение габаритов в осевом направлении, что затрудняет установку отклонителя между двигательной и шпиндельной секциями забойного двигателя.

Задачей изобретения является упрощение конструкции, исключение развинчивания резьбовых соединений при бурении скважин, уменьшение габаритов в осевом направлении и, одновременно, обеспечение изменения кривизны отклонителя без его разборки.

Поставленная задача достигается тем, что отклонитель с регулируемым углом искривления состоит всего из трех деталей, а именно муфты, двух переводников, причем переводники искривлены на определенный угол. На торцах переводников выполнены зубцы, которые представляют собой зубчатое соединение. На одном переводнике выполнена коническая резьба, на втором переводнике - цилиндрическая резьба. Шаги резьб различны, причем шаг конической резьбы больше, чем шаг цилиндрической резьбы. На муфте по концам выполнены резьбы, соответствующие резьбам на переводниках. Многошпоночное соединение отсутствует. Сцепление и и расцепление зубчатого соединения осуществляется при вращении муфты за счет разности шагов резьб. При расцеплении зубчатого соединения производится установка отклонителя на требуемый угол, а затем соединение стягивается. За счет отсутствия многошпоночного соединения и малого количества деталей (всего три) повышается надежность, значительно сокращается габаритный размер отклонителя в осевом направлении, что позволяет установку отклонителя не только между бурильными трубами, но и между двигательной и шпиндельной секциями забойного двигателя. Использование конической резьбы предотвращает самопроизвольное отвинчивание узла во время работы двигателя. Цилиндрическая резьба отвинчивается только одновременно с конической, поэтому ее самопроизвольное отвинчивание во время работы также исключено. Изменение угла искривления производится без разборки отклонителя.

На фиг. 1 показан общий вид отклонителя с регулируемым углом искривления; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Отклонитель с регулируемым углом искривления состоит из муфты 1, двух переводников 2 и 3. Переводники 2 и 3 искривлены каждый на определенный угол γ₂и γ₃. На торце переводника 2 выполнены зубчатые выступы "а" на конце выполнена коническая резьба "б", на наружной поверхности выполнены риски "в". На торце переводника 3 выполнены зубчатые пазы "г", на конце выполнена цилиндрическая резьба "д", на наружной поверхности выполнена одна риска "ж". Зубчатые выступы "а" на переводнике 2 и пазы "г" на переводнике 3 при взаимодействии представляют зубчатое соединение с направляющими поверхностями "к". Резьбы на переводниках 2 и 3 выполнены с различным шагом, причем на переводнике 2 шаг S₂ резьбы больше, чем шаг S₃ резьбы на переводнике 3 (S₂ > S₃). На муфте 1 по концам выполнены внутренние резьбы, соответствующие резьбам на переводниках 2 и 3. На муфте 1 также выполнено окно "л" для контроля зацепления зубчатого соединения переводников 2 и 3. Отклонитель с регулируемым углом искривления может иметь угол искривления в пределах от γ₂- γ₃ до γ₂+ γ₃.

Установка требуемого угла искривления отклонителя производится в следующем порядке. При неподвижных переводниках 2 и 3, вращая муфту 1 против часовой стрелки, разъединяют зубчатое соединение, при этом муфта 1 с конической резьбы "б" переводника 2 вывинчивается, а на цилиндрическую резьбу "д" переводника 3 навинчивается. Муфту 1 нужно вращать до тех пор, пока не произойдет разъединение зубчатого зацепления выступов "а" переводника 2 и пазов "г" переводника 3. Разъединение происходит за счет разности шагов резьб (S₂ > S₃). При одном полном обороте муфты 1 переводник 2 отходит от переводника 3 на величину S₂ S₃. Затем, вращая переводник 3 в любую сторону и совмещая риску ж на переводнике 3 с одной из рисок "в", на переводнике 2 устанавливают требуемый угол искривления отклонителя. После чего, вращая муфту 1 по часовой стрелке при неподвижных переводниках 2 и 3, стягивают их. Зацепление зубчатого соединения контролируют через смотровое окно "л" на муфте 1. Окончательную затяжку конической резьбы "б" производят моментом "и" и с учетом натяга, установленных нормами для конкретного типоразмера резьбы. Коническая резьба является самоконтрящейся и в специальной контровке (контргайке) нет необходимости.

Использование: при бурении искривленных участков нефтяных и газовых скважин. Он может быть установлен между двигательной и шпиндельной секциями забойного двигателя или между бурильными трубами. Сущность изобретения: отклонитель с регулируемым углом искривления состоит всего из трех деталей: муфты и двух искривленных переводников. На торцах переводников выполнены зубцы, которые представляют зубчатое соединение. На одном переводнике выполнена коническая резьба, на втором - цилиндрическая. Шаги резьб различны, причем шаг конической резьбы больше, чем шаг цилиндрической резьбы. На муфте по концам выполнены резьбы, соответствующие резьбам на переводниках. Сцепление и расцепление зубчатого соединения осуществляется при вращении муфты за счет разности шагов резьб. При расцеплении зубчатого соединения производится установка отклонителя на требуемый угол, а затем соединение стягивается. Использование конической резьбы предотвращает самопроизвольное отвинчивание узла во время работы. Установка требуемой кривизны отклонителя производится без ее разработки. 2 ил.

Отклонитель с регулируемым углом искривления для направленного бурения скважин, включающий два искривленных переводника, связанных между собой зубчатым соединением, и муфту, соединенную с одним из переводников цилиндрической резьбой и имеющую резьбовой участок для соединения со вторым переводником, отличающийся тем, что резьбовой участок муфты для соединения со вторым переводником выполнен коническим, а резьба последнего имеет шаг больший, чем шаг цилиндрической резьбы муфты.