УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК E21B7/08 

Устройство для направленного бурения относится к буровой технике и может быть использовано при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин.

Известны кривые переводники, используемые при наклонно-направленном бурении скважин (см. книгу Вадецкий Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин. М. Недра. 1978. с. 330, рис. 148).

Недостатком известного кривого переводника является то, что угол искривления его неизменной и для выполнения работ по наклонно-направленному бурению необходимо иметь на буровой комплект из нескольких кривых переводников с различными углами отклонения и каждый раз при установке кривого переводника необходимо менять компоновку низа бурильной колонны. Это связано с дополнительными затратами времени и средств. При установке кривого переводника между секциями двигательной и шпиндельной замены кривого переводника может быть произведена только в условиях турбинных цехов и специализированных мастерских. В связи с этим затраты на замену кривого переводника возрастают многократно из-за излишних транспортных расходов.

Наиболее близким к предлагаемому устройству для направленного бурения является переводник для направленного бурения, содержащий полый корпус с входной резьбой, сердечник с основной осью, выполненной под углом к входной резьбе полого корпуса и с выходной резьбой для подсоединения к забойным механизмам, выполненной под углом к основной оси сердечника, и гайку для фиксации угла искривления переводника и закрепления установленной на сердечнике зубчатой полумуфты (см. например, патент США N 4745982 от 24.05.88 кл E 21 B 7/08, НКИ 175-74).

Для изменения угла отклонения в известном переводнике для направленного бурения необходимо освободить (отвернуть) гайку на сердечнике, сдвинуть на шпонке зубчатую полумуфту, вывести ее зубья из зацепления с корпусом и повернуть сердечник относительно корпуса на необходимый угол. Затем добавочно довернуть сердечник с зубчатой полумуфтой на некоторый угол для совмещения зубьев зубчатой полумуфты с впадинами на корпусе, ввести зубья в зацепление и закрепить гайкой.

Недостатком известного переводника для направленного бурения является то, что при каждом изменении величины угла отклонения изменяется взаимное положение плоскости отклонения и плоскости бурения (плоскости, в которой лежит ось выходной резьбы сердечника). Также изменяется взаимное положение этих плоскостей к бурильной колонне.

Другим недостатком известного переводника является то, что плоскость его искривления в большинстве случаев (исключение составляют два положения переводника, при которых угол искривления минимальный или максимальный) не совпадают с плоскостью, в которой лежит ось выходной резьбы сердечника, то есть с плоскостью, в которой производится бурение скважины. При бурении это приводит к отклонению фактической траектории скважины от заданной, снижает точность проводки скважин и вызывает необходимость проведения дополнительных корректировок направления бурения и дополнительных каротажных работ.

Таким образом, известный переводник для направленного бурения имеет возможность изменять величину угла отклонения, а также изменять направление бурения скважин на буровой, но характеризуется недостаточной точностью проводки наклонно-направленных скважин.

Эти и другие недостатки известного переводника для направленного бурения не позволяют достичь необходимой точности проводки наклонно-направленных и горизонтальных скважин и не дают возможности выполнять требуемое расчетное искривление скважин при выполнении буровых работ.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности проводки наклонно-направленных и горизонтальных скважин.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

В устройстве для направленного бурения, содержащем полый корпус, установленный в нем с возможностью поворота и отклонения от продольной оси устройства посредством узла регулирования угла отклонения кривой переводник с гайкой и уплотнительную втулку кривой переводник связан с полым корпусом посредством оси поворота, установленной в плоскости, перпендикулярной продольной оси устройства, а узел регулирования угла отклонения кривого переводника выполнен в виде установленных с возможностью взаимодействия с торцевыми поверхностями полого корпуса и гайки регулировочных колец, каждое из которых в диаметральной плоскости имеет образующие между собой угол непараллельные торцы.

В устройстве для направленного бурения плоскость возможного поворота и отклонения от продольной оси устройства посредством узла регулирования угла отклонения кривого переводника совмещена с плоскостью искривления кривого переводника. В результате того, что в устройстве для направленного бурения кривой переводник связан с полым корпусом посредством оси поворота, установленной в плоскости, перпендикулярной продольной оси устройства, а узел регулирования угла отклонения кривого переводника выполнен в виде установленных с возможностью взаимодействия с торцовыми поверхностями полого корпуса и гайки регулировочных колец, каждое из которых в диаметральной плоскости имеет образующие между собой угол непараллельные торцы, создается возможность сохранить неизменными взаимное положение плоскости поворота и отклонения кривого переводника и бурильной колонны, выдержать заданное направление бурения скважины и приблизить фактическую траекторию скважины к расчетной при неизбежных изменениях величины угла отклонения кривого переводника от продольной оси устройства. В устройстве для направленного бурения совмещение плоскости возможного поворота и отклонения от продольной оси устройства посредством узла регулирования угла отклонения кривого переводника с плоскостью искривления кривого переводника обеспечивает направленность бурения и позволяет исключить дополнительные затраты на корректировку траектории скважины и на излишние каротажные работы за счет достижения неизменного положения плоскостей бурения по отношению к бурильной колонне.

Таким образом, реализация отличительных признаков в предлагаемом устройстве для направленного бурения в совокупности с известными создает возможность ликвидировать недостатки, присущие известному переводнику для направленного бурения и обеспечить более точную проводку наклонно-направленных и горизонтальных скважин с меньшими затратами времени, труда и средств. Устройство для направленного бурения перед известным переводником для направленного бурения обладает следующими преимуществами:
1. Плоскость искривления устройства строго совпадает с плоскостью, в которой производится бурение скважины.

2. Изменение величины угла отклонения от продольной оси устройства посредством узла регулирования угла отклонения не изменяет взаимного расположения плоскости, в которой производится бурение, по отношению к бурильной колонне.

Это позволяет повысить точность проводки скважин. Для пояснения сущности предлагаемого изобретения представлены чертежи.

На чертежах, на фиг. 1 показано устройство для направленного бурения, общий вид, продольный разрез. Тонкими штрихпунктирными линиями показаны крайние положения устройства, при изменении угла отклонения.

На фиг. 2 показан поперечный разрез А-А на фиг. 1 по оси возможного поворота и отклонения от продольной оси устройства.

На фиг. 3 изображен поперечный разрез по оси возможного поворота устройства. Варианты.

На фиг. 4 показан возможный вариант устройства для направленного бурения. Общий вид. Вырезана 1/4 часть.

На фиг. 5 показан разрез Б-Б на фиг. 4. Один из возможных вариантов выполнения регулировочного кольца узла регулирования угла отклонения.

На фиг. 6 показан разрез В-В на фиг. 4 один из возможных вариантов выполнения оси возможного поворота и отклонения устройства.

Устройство для направленного бурения содержит полый корпус 1, установленный в нем с возможностью поворота и отклонения от продольной оси 2 устройства посредством узла регулирования угла ± α^° ± β^° ± γ^° отклонения кривой переводник 3 с гайкой 4 и уплотнительную втулку 5. Кривой переводник 3 связан с полым корпусом 1 посредством оси 6 поворота, установленной в плоскости, перпендикулярной продольной оси 2 устройства. Узел регулирования угла ± α^° ± β^° ± γ^° отклонения кривого переводника 3 выполнен в виде регулировочных колец 7, имеющих непараллельные торцы, образующие в диаметральной плоскости между собой углы α^°, β^°, γ^°.... Регулировочные кольца 7 установлены на кривом переводнике 3 на шпонке 8 и своими торцами взаимодействуют через уплотнительное кольцо 9 с торцем полого корпуса 1 и с торцем гайки 4. Устройство для направленного бурения выполнено так, что плоскость поворота и отклонения от продольной оси 2 устройства проходит через плоскость искривления кривого переводника 3. В устройстве для направленного бурения общая максимальная сумма углов α^° + β^° + γ^° между непараллельными торцами регулировочных колец 7 узла регулирования угла ± α^° ± β^° ± γ^° отклонения равна углу ε^° искривления кривого переводника 3 и равна максимально возможному углу δ^° отклонения от продольной оси устройства кривого переводника 3.

В устройстве для направленного бурения на торце каждого регулировочного кольца 7 могут быть выполнены сектора, причем каждая пара противоположных секторов выполнена под различным углом к плоскости другого торца, выполненного в одной плоскости. С целью повышения надежности и долговечности устройства для направленного бурения ось 6 поворота кривого переводника 3 относительно продольной оси 2 устройства в полом корпусе 1 может быть закреплена сваркой (см. фиг. 2, 3) бандажом 10 (см. фиг. 3, 6) или другим способом. Для предотвращения ослабления гайки 4 и самопроизвольного изменения установленного угла отклонения от продольной оси 2 устройства на кривом переводнике 3 установлена контргайка 11. Возможны другие конструктивные варианты исполнения устройства для направленного бурения.

Работает устройство для направленного бурения следующим образом.

Устройство для направленного бурения подсоединяется к забойным механизмам полым корпусом 1 и кривым переводником 3 посредством конусной резьбы. Необходимая величина отклонения в узле регулирования угла ± α^° ± β^° ± γ^° отклонения кривого переводника 3 устанавливается путем подбора сочетаний углов ± α^° ± β^° ± γ^° между непараллельными торцами регулировочных колец 7 в совокупности и совместно с углом ε^° искривления кривого переводника 3.

Для установки необходимой величины угла отклонения устройства для направленного бурения освобождается от затяжки контргайки 11, откручивается гайка 4 и перемещается вниз, до упора, штифт 8 выводится из сопряжения с регулировочными кольцами 7 и каждое регулировочное кольцо 7 устанавливается в нужном положении (первоначально установленном или ему противоположном - повернутом на 180^o относительно оси кривого переводника 3). После этого штифт 8 вводится в сопряжение с регулировочными кольцами 7, закручивается гайка 4 и стопорится контргайкой 11. В результате взаимодействия непараллельных торцев регулировочных колец 7 узла регулирования угла отклонения, торцев гайки 4 и полого корпуса 1 через уплотнительное кольцо 9 при закручивании и затяжке гайки 4 кривой переводник 3 на оси 6 поворота отклоняется в плоскости искривления кривого переводника 3 от продольной оси 2 устройства на угол, заданный установленными в определенном положении регулировочными кольцами 7 и закрепляется гайкой 4 и контргайкой 11. Устройство для направленного бурения готово к работе.

Буровая жидкость через внутреннюю полость устройства для направленного бурения подается к забойным механизмам, которые кривым переводником 3 отклонены от продольной оси 2 устройства на угол ε^° ± α^° ± β^° ± γ^° и ведут направленное бурение в плоскости изгиба кривого переводника 3.

Уплотнительная втулка 5 и уплотнительное кольцо 9 предотвращают возможные утечки буровой жидкости в устройстве для направленного бурения. Бандаж 10 предотвращает осевое смещение оси 6 и повышает надежность ее закрепления в полом корпусе 1 и в кривом переводнике 3.

Кроме того, для повышения надежности и долговечности устройства для направленного бурения пространство между полым корпусом 1 и кривым переводником 3 заполняется смазкой.

Равенство угла δ^° возможного отклонения кривого переводника 3 углу ε^° его искривления обеспечивает пределы изменения угла отклонения устройства для направленного бурения от 0^o до 22ε^° o.

Использование: изобретение относится к области бурения и может быть использовано при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин. Сущность изобретения: устройство для направленного бурения содержит полый корпус, в котором на оси установлен кривой переводник с гайкой и уплотнительная втулка, при этом кривой переводник связан с полым корпусом посредством оси поворота установленной в плоскости перпендикулярной оси устройства, а узел регулирования угла отклонения кривого переводника выполнен в виде установленных с возможностью взаимодействия с торцевыми поверхностями полого корпуса и гайки, регулировочных колец, каждое из которых в диаметральной плоскости имеет образующие между собой угол непараллельные торцы. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для направленного бурения, содержащее полый корпус, установленный в нем с возможностью поворота и отклонения от продольной оси устройства посредством узла регулирования угла отклонения кривой переводник с гайкой и уплотнительную втулку, отличающееся тем, что кривой переводник связан с полым корпусом посредством оси поворота, установленной в плоскости, перпендикулярной оси устройства, а узел регулирования угла отклонения кривого переводника выполнен в виде установленных с возможностью взаимодействия с торцевыми поверхностями полого корпуса и гайки регулировочных колец, каждое из которых в диаметральной плоскости имеет образующие между собой угол непараллельные торцы. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что плоскость возможного поворота и отклонения от продольной оси устройства посредством узла регулирования угла отклонения кривого переводника совмещена с плоскостью искривления кривого переводника.