УСТРОЙСТВО БУРЕНИЯ НАКЛОННЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН Российский патент 2003 года по МПК E21B47/22 

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к бурению наклонных и горизонтальных скважин при телеметрическом измерении текущих координат забоя и передаче информации от забоя к наземной аппаратуре.

Известно устройство бурения наклонных и горизонтальных скважин, содержащее буровую компановку: долото, забойный двигатель, кривой переводник, бурильные трубы, кран шаровой, квадрат, вертлюг и наземную аппаратуру.

Инклинометр, установленный в посадочном устройстве, подсоединен к каротажному кабелю, а кабель через кабельный переводник выведен из бурильной колонны в затрубное пространство и подсоединен к наземной аппаратуре.

В процессе бурения инклинометр измеряет угловые и азимутальные параметры направления бурения и информационный сигнал передает по каротажному кабелю в наземную аппаратуру [1] (Патент РФ 2078921, кл. Е 21 В 47/022, 1997).

Известная система имеет следующие недостатки:
- необходимость вывода кабеля в затрубное пространство не позволяет проводить бурение роторным способом;
- наличие кабеля в затрубном пространстве создает опасность повреждения кабеля;
- вывод кабеля усложняет операции бурения, требует дополнительное время на спуск и подъем кабеля и на сборку и разборку кабельного переводника.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству бурения наклонных и горизонтальных скважин является устройство бурения наклонных и горизонтальных скважин, включающее буровую компановку: долото, забойный двигатель, кривой переводник, посадочное устройство, инклинометр, нижний приемопередатчик с электрическим дросселем, установленным в муфте трубного переводника, бурильные трубы, в муфтах и ниппелях которых установлены электрические дроссели, соединенные между собой проводником, проложенным по телу труб; кран шаровой, квадрат, верхний приемопередатчик, вращающийся контакт и наземную аппаратуру [2] (патент РФ 2140537, кл. Е 21 В 47/022, 1999).

Недостатком известного устройства является сложность изготовления специальных бурильных труб и низкая надежность бурения.

Специальную бурильную трубу изготавливают из толстостенной стальной или дюралевой трубы, в стенке которой по всей длине прорезают канавку, в которую укладывают и закрепляют электрические проводники, соединяющие между собой дроссели. Прорезанная вдоль трубы канавка глубиной порядка 4 мм создает концентрацию механических напряжений и может привести к разрыву трубы, что снижает надежность бурения.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности бурения и упрощение технологии изготовления бурильных труб.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что в известном устройстве бурения наклонных и горизонтальных скважин, содержащем долото, забойный двигатель, кривой переводник, удлинительную трубу, посадочное устройство, инклинометр, нижний приемопередатчик с электрическим дросселем, установленным в муфте трубного переводника, бурильные трубы, в муфтах и ниппелях которых установлены электрические дроссели, кран шаровой, квадрат, верхний приемопередатчик с электрическим дросселем, установленным в ниппеле трубного переводника, вращающийся контакт, вертлюг и наземную аппаратуру, где инклинометр соединен через нижний приемопередатчик с электрическим дросселем, а верхний приемопередатчик через вращающийся контакт соединен с наземной аппаратурой, согласно изобретению в основные или дополнительные ниппели и муфты введены монтажные узлы, размещенные внутри ниппелей и муфт, а соединительный кабель размещен вдоль стенки внутри бурильной трубы, причем монтажный узел состоит из цилиндра с внешним диаметром, близким к внутреннему диаметру ниппеля и муфты, и с одной или несколькими шпоночными канавками вдоль внешней стороны цилиндра, механизма натяжения и крепления кабеля, размещенного в стенке цилиндра, гайки крепления цилиндра с диаметрами, близкими к диаметрам цилиндра, и резьбой на внешней стороне гайки, шпонки, установленной в отверстии в стенке муфты, и ниппеля, которое заполнено уплотнительным составом и через который проходит изолированный проводник от электрического дросселя в монтажный узел и подключается к соединительному кабелю.

При этом соединительный кабель выполнен в виде изолированного проводника.

Причем механизм натяжения и крепления соединительного кабеля или изолированного проводника представляет собой отверстие, расположенное в стенке цилиндра, в котором установлены уплотнительные кольца, соединительный кабель и винт, уплотняющий кольца и зажимающий кабель.

Кроме того, соединительный кабель выполнен в виде каротажного кабеля.

Причем механизм натяжения и крепления кабеля размещен в частичном вырезе в стенке цилиндра и содержит элементы крепления брони кабеля и винты натяжения кабеля.

На фиг. 1 представлено заявляемое устройство бурения наклонных и горизонтальных скважин.

На фиг. 2 представлена бурильная труба в разрезе.

На фиг. 3 представлен цилиндр монтажного узла с изолированным проводником в разрезе.

На фиг. 4 представлен цилиндр монтажного узла с каротажным кабелем в разрезе.

Устройство содержит: долото 1, забойный двигатель 2, кривой переводник 3, удлинительную трубу 4, посадочное устройство 5, инклинометр 6, нижний приемопередатчик 7, бурильные трубы 8 с электрическими дросселями 9, монтажными узлами 10 и соединительными кабелями 11, кран шаровой 12, квадрат 13, верхний приемопередатчик 14, вращающийся контакт 15, вертлюг 16, наземную аппаратуру 17, ниппели 18, гайки крепления 19 цилиндра 21, механизм натяжения и крепления 20 кабеля 11, цилиндра 21, шпонки 22, шпоночные канавки 23, изолированный проводник 24, отверстия 25 с уплотнителем, винт 26, муфту 27, уплотнение 28, винт крепления 29 брони кабеля 11, механизм крепления 30 брони кабеля 11, винты крепления 31 брони кабеля 11, винты натяжения 32 кабеля 11.

Устройство работает следующим образом.

При бурении информационный сигнал от инклинометра 6 через нижний приемопередатчик 7 поступает на электрический дроссель 9 первой специальной бурильной трубы 8. Электрический сигнал от дросселя 9 по проводнику 24 проходит через монтажный узел 10 и кабель 11 к верхнему монтажному узлу 10 и верхнему электрическому дросселю 9.

Электромагнитная связь между дросселями соседних бурильных труб обеспечивает передачу сигналов до верхнего приемопередатчика 14 и далее электрический сигнал через вращающийся контакт 15 поступает в наземную аппаратуру 17.

Специальная бурильная труба 8 изготовлена из стандартной бурильной трубы со стандартными или дополнительными ниппелем 18 и муфтой 27, в которых установлены монтажные узлы 10 и соединительный кабель 11, расположенный вдоль стенки внутри бурильной трубы 8. Монтажные узлы 10 выполнены в виде цилиндров 21 (фиг. 2, 3, 4) со шпоночными канавками 23 на внешней стороне и гайки крепления 19 цилиндров 21. Цилиндрическая конструкция монтажного узла 10 обеспечивает свободное прохождение геофизических приборов и раствора внутри бурильной трубы 8.

В качестве соединительного кабеля могут быть использованы: электрический проводник с плотной внешней изоляцией или тонкий каротажный кабель.

На фиг. 3 представлена конструкция цилиндра 21 при использовании изолированного проводника. В цилиндре 21 выполнено сквозное отверстие, внутри которого проходит соединительный кабель 11 с установленными на нем уплотнительными кольцами 28. Винт крепления 29 кабеля 11 вкручивают в отверстие и зажимают кабель 11, обеспечивая его крепление.

На фиг. 4 представлена конструкция цилиндра 21 при использовании каротажного кабеля 11. В цилиндре 21 вырезают окно, в котором устанавливают механизм крепления 30 брони кабеля 11 с винтами крепления 31. Механизм крепления 30 состоит из двух сегментных деталей, в отверстия которых пропущен кабель 11. Броню кабеля зажимают между деталями механизма крепления 30 брони кабеля 11 винтами 31. Винты натяжения 32 необходимы для удержания и натяжения кабеля 11 при установке его в бурильной трубе 8.

Специальную бурильную трубу 8 можно собирать как на базе, так и непосредственно на буровой. В начале в муфты 27 и ниппели 18 устанавливают электрические дроссели 9, выводят проводник 24 через отверстие 25 и шпонку 22 внутрь ниппеля 18 (муфты 27). Отверстие 25 заполняют уплотняющей (герметизирующей) массой и фиксируют винтом 26. Ниппель 18 и муфту 27 накручивают на бурильную трубу 8. Собирают монтажный узел 10 в муфте 27. Цилиндр 21 вдвигают в посадочное место, ориентируя шпонку 22 по одной из шпоночных канавок 23 так, чтобы механизм крепления 30 кабеля 11 были напротив друг друга и кабель 11 располагался параллельно стенке трубы 8. Укрепляют кабель 11 и электрически соединяют его проводником 24. Изолируют место соединения и закручивают гайку 19. Второй конец кабеля 11 пропускают в монтажный узел 10, установленный в ниппеле 18. Также проводят монтаж кабеля 11 и проводника 24 и закрепляют гайкой 19.

Процесс сборки бурильной трубы 8 можно разбить на два этапа. На базе собирают дополнительные муфты 27 и ниппели 18 и вывозят их непосредственно на буровую. На буровой дополнительные муфты 27 и ниппели 18 накручивают на стандартные бурильные трубы 8, пропускают соединительный кабель 11 через трубу 8 и монтируют его в монтажных узлах 10.

Предлагаемое устройство бурения наклонных и горизонтальных скважин позволяет повысить надежность бурения за счет:
- использования стандартных стальных бурильных труб, не нарушая их механической прочности;
- возможности быстрой смены кабеля в случае его повреждения;
- оперативного монтажа бурильной трубы как на базе, так и непосредственно на буровой.

Изобретение относится к бурению наклонных и горизонтальных скважин, в частности к конструкции специальных бурильных труб, используемых в системе передачи информации от инклинометра в наземную аппаратуру, где в ниппелях и муфтах установлены электрические дроссели передачи информации. Техническим эффектом изобретения является повышение надежности бурения и упрощение технологии изготовления бурильных труб. Для этого в основные или дополнительные ниппели и муфты бурильных труб введены монтажные узлы. Последние обеспечивают электрическое соединение дросселей, установленных в муфтах и ниппелях бурильных труб, через соединительный кабель. Кабель расположен вдоль стенки внутри бурильной трубы и закреплен в монтажных узлах, выполненных в виде цилиндров и обеспечивающих достаточное проходное отверстие для прохождения раствора и геофизических приборов. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство бурения наклонных и горизонтальных скважин, содержащее долото, забойный двигатель, кривой переводник, удлинительную трубу, посадочное устройство, инклинометр, нижний приемопередатчик с электрическим дросселем, установленным в муфте трубного переводника, бурильные трубы, в муфтах и ниппелях которых установлены электрические дроссели, кран шаровой, квадрат, верхний приемопередатчик с электрическим дросселем, установленным в ниппеле трубного переводника, вращающийся контакт, вертлюг и наземную аппаратуру, где инклинометр соединен через нижний приемопередатчик с электрическим дросселем, а верхний приемопередатчик через вращающийся контакт соединен с наземной аппаратурой, отличающееся тем, что в основные или дополнительные ниппели и муфты введены монтажные узлы, размещенные внутри ниппелей и муфт, а соединительный кабель размещен вдоль стенки внутри бурильной трубы, причем монтажный узел состоит из цилиндра с внешним диаметром близким к внутреннему диаметру ниппеля и муфты и с одной или несколькими шпоночными канавками вдоль внешней стороны цилиндра, механизма натяжения и крепления кабеля, размещенного в стенке цилиндра, гайки крепления цилиндра с диаметрами близкими к диаметрам цилиндра и резьбой на внешней стороне гайки, шпонки, установленной в отверстии в стенке муфты и ниппеля, которое заполнено уплотнительным составом и через который проходит изолированный проводник от электрического дросселя в монтажный узел и подключается к соединительному кабелю. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединительный кабель выполнен в виде изолированного проводника. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что механизм натяжения и крепления соединительного кабеля или изолированного проводника представляет собой отверстие, расположенное в стенке цилиндра, в котором установлены уплотнительные кольца, соединительный кабель и винт, уплотняющий кольца и зажимающий кабель. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединительный кабель выполнен в виде каротажного кабеля. 5. Устройство по п.1 или 4, отличающееся тем, что механизм натяжения и крепления кабеля размещен в частичном вырезе в стенке цилиндра и содержит элементы крепления брони кабеля и винты натяжения кабеля.