ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ-ОТКЛОНИТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК E21B7/08 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к гидравлическим забойным двигателям-отклонителям, и может быть использовано для искривления ствола скважины с постоянной интенсивностью.

Известен турбинный отклонитель, включающий нижнюю направляющую секцию, кривой переводник, верхнюю турбинную секцию /1/.

Недостатком данного турбинного отклонителя является неудовлетворительная энергетическая характеристика из-за ограничений длины верхнего двигательного звена, следствием чего являются низкие показатели работы долот.

Известны секционные турбинные отклонители, состоящие из шпинделя-отклонителя и нескольких турбинных секций /2, с. 31/. Их недостатком является то, что они не обеспечивают достаточно высокой интенсивности набора зенитного угла из-за увеличения длины верхнего двигательного звена, имеющего равный диаметр по всей длине. Обусловлено это тем, что согласно формуле 7.4 /2, с. 176/
ΔΘ₁₀ = [ωsin(α_n-β)•180/π]/(L₁+L₂)
с увеличением длины верхнего плеча L₂ интенсивность набора зенитного угла ΔΘ₁₀ уменьшается.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы долот при бурении с отклонителем. Технический результат - улучшение энергетической характеристики отклонителя.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в известном забойном двигателе-отклонителе, содержащем нижнюю направляющую секцию, кривой переводник и верхнюю двигательную секцию, верхняя двигательная секция отклонителя состоит из отдельных энергетических секций с различными геометрическими размерами, взаимосвязанных соотношением для жестких систем:
l₁ = kD_c-D_т(1)/tg(α-β),
l₂ = D_т(1)-D_т(2)/tg(α-β),
l_n = D_т(n-1)-D_т(n)/tg(α-β), (1)
где k - коэффициент уширения скважины;
l₁, l₂, l_n - соответственно длины первой, второй, n-й энергетических секций, м;
D_с - диаметр скважины, м;
D_т(1), D_т(2), D_т(n) - соответственно диаметры первой, второй, n-й энергетических секций, м;
α - угол перекоса осей кривого переводника, град;
β - угол наклона оси нижней направляющей секции к оси скважины, град.

При проведении анализа уровня техники Заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Изобретение существенно улучшает энергетическую характеристику забойного отклонителя и обеспечивает сохранение интенсивности набора зенитного угла, что позволяет качественно отрабатывать буровые долота, тем самым решая наболевшую проблему повышения показателей работы долот большого диаметра при бурении сильно искривленного ствола скважины, особенно на больших глубинах.

На основании изложенного можно сделать вывод о соответствии изобретения критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показана предлагаемая конструкция забойного отклонителя, которая включает в себя шпиндель 1, на вал которого навинчивается долото 2. Корпус шпинделя является нижней направляющей секцией отклонителя, к нему через кривой переводник, с углом перекоса осей α, присоединяется первая двигательная секция 3 с диаметром корпуса, равным диаметру корпуса шпинделя 1, и длиной l₁. Затем присоединяется вторая двигательная секция 4 меньшего диаметра и длиной l₂ и т.д. Длины рабочих секций рассчитываются из условия заданной интенсивности искривления до касания их верхних торцов стенки ствола скважины, противоположной направлению искривления, и определяются соотношением (1).

Забойный отклонитель работает следующим образом. При прохождении в искривленном стволе отклонитель, жесткость которого значительно выше жесткости бурильных труб, прижимается верхними торцами рабочих секций, диаметр которых ступенчато уменьшается, к стенке скважины, противоположной направлению искривления, при этом его опорные точки А, В, С и т.д. перемещаются, повторяя профиль пробуренного ствола, и любая другая точка этой жесткой системы двигается по аналогичной траектории, тем самым обеспечивая надежное удержание отклонителя в плоскости искривления скважины с заданной интенсивностью. В то же время комплектование двигательной части отклонителя энергетическими секциями различного диаметра значительно улучшает его характеристику, что позволяет создать оптимальный режим бурения для качественной отработки долот.

При нарушении соотношений (1) двигатель из жесткой системы переходит в упругую или гибкую, для которых точный расчет параметров кривизны аналитическим путем затруднен. Поэтому оценка этого параметра производится экспериментальными исследованиями. Однако за счет лучшей энергетической характеристики и проходимости по искривленному стволу предлагаемый двигатель-отклонитель эффективнее прототипа.

Источники информации.

1. Забойные двигатели и запасные части. Каталог.- М.: Недра, 1980.

2. Бурение наклонных скважин. Справочник. /А.Г. Калинин, Н.А.Григорян, Б.3.Султанов.- М.: Недра, 1990 (прототип), стр. 31, 176.

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин. Технический результат, достигаемый изобретением: улучшение энергетических характеристик двигателя-отклонителя. Сущность изобретения: забойный двигатель-отклонитель содержит нижнюю направляющую секцию, кривой переводник и верхнюю двигательную секцию, которая состоит из отдельных энергетических секций с различными геометрическими размерами, взаимосвязанных соотношением для жестких систем:
l₁ = kD_c-D_т(1)/tg(α-β),
l₂ = D_т(1)-D_т(2)/tg(α-β),
...l_n = D_т(n-1)-D_т(n)/tg(α-β),
где k - коэффициент уширения скважины;
l₁, l₂, l_n, - соответственно длины первой, второй, n-й энергетических секций, м;
D _с - диаметр скважины, м;
D_т(1), D_т(2), D_т(n) - соответственно диаметры первой, второй, n-й энергетических секций, м;
α - угол перекоса осей кривого переводника, град.;
β - угол наклона оси нижней направляющей секции к оси скважины, град.,
а для упругих и гибких систем - определяемых экспериментальным путем. 1 ил.

Забойный двигатель-отклонитель для бурения искривленных стволов скважины, содержащий нижнюю направляющую секцию, кривой переводник и верхнюю двигательную секцию, отличающийся тем, что верхняя двигательная секция отклонителя состоит из отдельных энергетических секций с различными геометрическими размерами, взаимосвязанных соотношением для жестких систем:
l₁= kD_c-D_т(1)/tg(α-β),
l₂= D_т(1)-D_т(2)/tg(α-β),
....

где k - коэффициент уширения скважины;
l₁, l₂, l_n - соответственно длины первой, второй, n-й энергетических секций, м;
D_c - диаметр скважины, м;
D_т(1), D_т(2), D_т(n) - соответственно диаметры первой, второй, n-й энергетических секций, м;
α - угол перекоса осей кривого переводника, град;
β - угол наклона оси нижней направляющей секции к оси скважины, град,
а для упругих и гибких систем определяемых экспериментальным путем.