БУРОВОЙ БЛОК И РОТОРНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 2015 года по МПК E21B7/08 

[0001] Предмет изобретения, описываемый здесь, относится в целом к направленному бурению и, более конкретно, к роторно-управляемому инструменту.

[0002] Известные роторно-управляемые инструменты содержат элементы, соединенные резьбой и последовательно расположенные вдоль продольной оси роторно-управляемого инструмента. По меньшей мере, некоторые известные роторно-управляемые инструменты содержат муфту, которая содержит штыри для взаимодействия с наружным корпусом, имеющим проходящий в нем вращающийся приводной вал. Более конкретно, по меньшей мере, в некоторых известных роторно-управляемых инструментах муфта монтируется к нижней части приводного вала, и магнитный датчик положения, выполненный с возможностью определения, находится ли муфта в сцепленном состоянии, присоединяется к верхней части приводного вала, таким образом, позиционируя резьбовое соединение между муфтой и датчиком. Фактически высокий вращающий момент и/или вибрации могут вызвать смещение датчика и/или муфты относительно друг друга.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] В одном аспекте изобретения предлагается буровой блок для использования с роторно-управляемым инструментом. Буровой блок содержит наружный корпус, вращающийся вал, проходящий в наружном корпусе, муфту привода, присоединенную к вращающемуся валу, и датчик, присоединенный к вращающемуся валу. Муфта привода выполнена с возможностью перемещения между состоянием сцепления и состоянием расцепления. Датчик выполнен с возможностью определения, находится ли муфта, по меньшей мере, в одном из состояний, сцепления или расцепления.

[0004] В другом аспекте изобретения предлагается роторно-управляемый инструмент для использования с бурильной установкой. Роторно-управляемый инструмент содержит, по меньшей мере, первую часть, которая содержит наружный корпус, вращающийся вал, проходящий в наружном корпусе, муфту привода, присоединенную к вращающемуся валу, и датчик, присоединенный к вращающемуся валу. Муфта привода выполнена с возможностью перемещения между состоянием сцепления и состоянием расцепления. Датчик выполнен с возможностью определения, находится ли муфта, по меньшей мере, в одном из состояний сцепления и расцепления.

[0005] Еще в одном аспекте изобретения предлагается бурильная установка. Бурильная установка содержит двигатель и роторно-управляемый инструмент, соединенный с двигателем. Роторно-управляемый инструмент содержит, по меньшей мере, первую часть, которая содержит наружный корпус, вращающийся вал, проходящий в наружном корпусе, муфту привода, соединенную с вращающимся валом, и датчик, присоединенный к вращающемуся валу. Муфта привода выполнена с возможностью перемещения между состоянием сцепления и состоянием расцепления. Датчик выполнен с возможностью определения, находится ли муфта, по меньшей мере, в одном из состояний сцепления и расцепления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0006] Фиг.1 является видом в аксонометрии роторно-управляемого инструмента, который может быть использован с бурильной установкой.

[0007] Фиг.2 является разрезом в разобранном виде роторно-управляемого инструмента, показанного на фиг.1.

[0008] Фиг.3 является разрезом части роторно-управляемого инструмента, показанного на фиг.1.

[0009] Фиг.4 является видом в аксонометрии части, показанной на фиг.3 в сцепленном состоянии.

[0010] Фиг.5 является видом в аксонометрии части, показанной на фиг.3 в расцепленном состоянии.

[0011] Фиг.6 является видом в аксонометрии первого кольца муфты привода, которое может быть использовано с частью, показанной на фиг.3.

[0012] Фиг.7 является видом в аксонометрии второго кольца муфты привода, которое может быть использовано с первым кольцом, показанным на фиг.6.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0013] Предмет изобретения, описанный здесь, относится по существу к направленному бурению. Более конкретно, предмет изобретения, описанный здесь, относится к роторно-управляемому инструменту. В одном варианте выполнения роторно-управляемый инструмент содержит трубчатый корпус, вращающийся вал, проходящий в трубчатом корпусе, муфту привода, присоединенную к вращающемуся валу, и датчик, присоединенный к тому же вращающемуся валу, что соединен с муфтой привода, причем датчик выполнен с возможностью определения, находится ли муфта привода в сцепленном состоянии или в расцепленном состоянии.

[0014] В данном документе элемент или этап, упоминаемый в единственном числе, следует понимать, как не исключающий множества элементов или этапов, если только специально не указано иное. Кроме того, упоминание "одного варианта выполнения" настоящего изобретения не следует истолковывать как исключение существования других вариантов, которые также включают указанные признаки.

[0015] Фиг.1 и 2 показывают роторно-управляемый инструмент 100, выполненный с возможностью использования с буровым устройством (не показан) для бурения скважины (не показано). В этом примерном варианте выполнения роторно-управляемый инструмент 100 выполнен с возможностью подключения к двигателю (не показан) для вращения по меньшей мере части указанного инструмента 100. В этом варианте выполнения роторно-управляемый инструмент 100 содержит наружный корпус 102 и вращающийся приводной вал 104, проходящий в нем. В этом варианте выполнения к нижнему концу 106 вращающегося приводного вала 104 может быть присоединено буровое долото (не показано). В этом варианте выполнения вал 104 обеспечивает передачу вращающего момента от поверхности (не показано) скважины к буровому долоту. В этом варианте выполнения вал 104 имеет полый канал 108, проходящий через вал, что обеспечивает подачу буровой жидкости к буровому долоту.

[0016] В этом варианте выполнения наружный корпус 102 содержит соединенные резьбой и последовательно расположенные вдоль продольной оси 110 роторно-управляемого инструмента 100 верхний корпус 112, корпус 114 клапана, корпус 116 для лезвий и нижний корпус 118. Верхний корпус 112, корпус 114 клапана, корпус 116 для лезвий и/или нижний корпус 118 содержат подшипники 120, которые обеспечивают селективное вращение наружного корпуса 102 вокруг продольной оси 110 с помощью вала 104. Верхний корпус 112 описывается подробно ниже.

[0017] В этом варианте выполнения корпус 114 клапана содержит поршень 122, установленный внутри с возможностью скольжения. Более конкретно, в этом варианте выполнения поршень 122 выполнен с возможностью селективного скольжения для движения вдоль продольной оси 110 между первым осевым положением и вторым осевым положением.

[0018] В этом варианте выполнения корпус 116 для лезвий содержит управляющие лезвия 124, расположенные по его окружности. В этом варианте выполнения лезвия 124 соединены с возможностью перемещения с помощью толкательных поршней 126, выполненных с возможностью соединения с поршнем 122. В этом варианте выполнения лезвия 124 выполнены с возможностью перемещения между втянутым положением, в котором по меньшей мере одно управляющее лезвие 124 не взаимодействует со стенкой (не показана) скважины, и вытянутым положением, в котором по меньшей мере одно лезвие 124 взаимодействует со стенкой.

[0019] В этом варианте выполнения по меньшей мере одно лезвие 124 смещено внутрь к втянутому положению с помощью пластинчатой пружины 128, и по меньшей мере одно лезвие 124 вытянуто наружу к вытянутому положению с помощью увеличения давления буровой жидкости, создаваемого поршнем 122 и/или толкательными поршнями 126. Более конкретно, в этом варианте выполнения при нахождении поршня 122 в первом осевом положении по меньшей мере одно лезвие 124 перемещается к вытянутому положению, и при нахождении поршня 122 во втором осевом положении по меньшей мере одно лезвие 124 перемещается к втянутому положению.

[0020] Фиг.3 показывает верхний корпус 112, содержащий первую часть 130 вращающегося приводного вала 104, проходящего в нем. В этом варианте выполнения первая часть 130 содержит муфту 132 привода, которая выполнена с обеспечением разъемного соединения наружного корпуса 102 с валом 104 для совместного вращения. Более конкретно, в этом варианте выполнения муфта 132 выполнена с возможностью перемещения между сцепленным состоянием, показанным на фиг.4, при котором наружный корпус 102 вращается с валом 104, и расцепленным состоянием, показанным на фиг.5, при котором вал 104 вращается независимо от наружного корпуса 102.

[0021] В этом варианте выполнения муфта 132 содержит внутреннее кольцо 134, которое присоединено к валу 104, и наружное кольцо 136, которое по существу является сопряженным с внутренним кольцом 134. В этом варианте выполнения внутреннее кольцо 134 прижато к валу 104 для обеспечения поддержания относительного положения внутреннего кольца 134 на валу 104. Кроме того, в этом варианте выполнения внутреннее кольцо 134 и/или вал 104 закреплены шпонкой для дополнительного обеспечения поддержания относительного положения внутреннего кольца 134 на валу 104 во время работы роторно-управляемого инструмента 100.

[0022] В этом варианте выполнения, как показано на фиг.6, внутреннее кольцо 134 имеет первую конфигурацию, и, как показано на фиг.7, наружное кольцо 136 имеет вторую конфигурацию, которая является сопряженной с первой конфигурацией. В этом варианте выполнения каждое из колец, внутреннее кольцо 134 и наружное кольцо 136, имеет конфигурацию с одним зубом. Более конкретно, в этом варианте выполнения первый зуб 138 образован на верхнем конце 140 внутреннего кольца 134, и второй зуб 142 образован на нижнем конце 144 наружного кольца 136, при этом второй зуб 142 выполнен с возможностью сцепления и/или расцепления с первым зубом 138 при вращении внутреннего кольца 134 в направлении от наружного кольца 136. Следует понимать, что внутреннее кольцо 134 и/или наружное кольцо 136 могут иметь любое подходящее число зубьев, которое позволяет муфте 132 работать, как здесь описано. В этом варианте выполнения внутреннее кольцо 134 поджато в сторону от наружного кольца 136 к расцепленному состоянию при помощи цилиндрической пружины 146, и внутреннее кольцо 134 селективно поворачивается к сцепленному состоянию для взаимодействия с наружным кольцом 136.

[0023] В этом варианте выполнения внутреннее кольцо 134 содержит нижнюю часть 148, верхнюю часть 150 и ступеньку 152 между ними. В этом варианте выполнения нижняя часть 148 имеет первый диаметр 154, а верхняя часть 150 имеет второй диаметр 156, который меньше, чем первый диаметр 154. Ступенька 152 проходит по существу перпендикулярно продольной оси 110 вокруг окружности внутреннего кольца 134. Более конкретно, ступенька 152 ограничена спирально изогнутым вырезом, который по существу перпендикулярен продольной оси 110 и начинается примерно в 43 мм от верхнего конца 140 и заканчивается примерно в 18 мм от верхнего конца 140, таким образом образуя первый зуб 138 с высотой 158 примерно 25 мм.

Подобным же образом, нижний конец 144 наружного кольца 136 имеет спирально изогнутый вырез, который по существу перпендикулярен продольной оси 110 и образует второй зуб 142 с высотой 160 примерно 25 мм.

[0024] В этом варианте выполнения внутреннее кольцо 134 и/или наружное кольцо 136 имеют пазы 162, чтобы жидкость не задерживалась внутри внутреннего кольца 134 и/или наружного кольца 136. Внутреннее кольцо 134 имеет пазы 162 на своей внутренней поверхности 164. Более конкретно, три паза 162 проходят вдоль продольной оси 110 и расположены на одинаковом расстоянии друг от друга или примерно через 120°. Подобным же образом, наружное кольцо 136 имеет пазы 162 на своей внутренней поверхности 166. Более конкретно, пять пазов 162 проходят вдоль продольной оси 110 и расположены на одинаковом расстоянии друг от друга или примерно через 72°. Кроме того, наружное кольцо 136 имеет второй ряд пазов 168, которые находятся на нижнем конце 144. В этом варианте выполнения четыре паза 168 проходят радиально или по существу перпендикулярно продольной оси 110 и расположены на одинаковом друг от друга расстоянии или примерно через 90°.

[0025] Верхний корпус 112 также содержит корпус 170 датчика, содержащий установленный в нем датчик 172. Корпус 170 датчика и/или датчик 172 присоединен к той же части вращающегося приводного вала 104, которая соединена с муфтой 132. Фактически отсутствуют резьбовые соединения или сопряжения между муфтой 132 и датчиком 172, что уменьшает вероятность смещения муфты 132 и датчика 172 по отношению друг к другу. В этом варианте выполнения корпус 170 датчика имеет размеры, позволяющие разместить датчик 172 и/или любой или все провода, присоединенные к нему.

[0026] Датчик 172 выполнен с возможностью определения, находится ли муфта 132 в сцепленном состоянии и/или расцепленном состоянии. Датчик 172 является магнитным датчиком, например датчиком Холла, который выполнен с возможностью определения состояния муфты 132. Более конкретно, по меньшей мере один магнит 174 расположен на первой части 130 вала 104, верхнем корпусе 112 и/или муфте 132 для обеспечения сигнала, отображающего конфигурацию муфты 132. Сигнал может быть использован для обеспечения непрерывной индикации состояния первой части 130, верхнего корпуса 112 и/или муфты 132 даже во время работы инструмента 100.

[0027] Во время работы внутреннее кольцо 134 поворачивается относительно наружного кольца 136 для взаимодействия внутреннего кольца 134 с наружным кольцом 136, так чтобы муфта 132 была в сцепленном состоянии. В сцепленном состоянии наружный корпус 102 выполнен с возможностью вращения с вращающимся приводным валом 104. Более конкретно, в этом варианте выполнения лезвия 124, которые присоединены к части наружного корпуса 102, отличающейся от первой части 130, вращаются с вращающимся приводным валом 104 при нахождении муфты 132 в сцепленном состоянии. Датчик 172 обеспечивает сигнал индикации состояния муфты 132, таким образом, обеспечивая обратную связь пользователю.

[0028] Для вращения вращающегося приводного вала 104 независимо от наружного корпуса 102, внутреннее кольцо 134 вращают относительно наружного кольца 136 для расцепления внутреннего кольца 134 с наружным кольцом 136, так чтобы муфта 132 оказалась в расцепленном состоянии. Фактически, управляющие лезвия 124, присоединенные к части наружного корпуса 102, отличающейся от первой части 130, не вращаются во время вращения приводного вала 104 независимо от наружного корпуса 102 при нахождении муфты 132 в расцепленном состоянии. Датчик 172 обеспечивает сигнал индикации состояния муфты 132, таким образом, обеспечивая обратную связь пользователю.

[0029] Примерные варианты способов и систем описаны и/или проиллюстрированы в данном документе подробно. Примеры способов и систем упрощают выравнивание муфты и/или датчика и соединение наружного корпуса с вращающимся валом, таким образом, снижая стоимость направленного бурения. Примеры систем и способов не ограничиваются конкретными вариантами, описанными здесь, а компоненты каждой системы и/или этапы каждого способа могут быть использованы независимо и отдельно от других компонентов и/или этапов способа, описанных здесь. Каждый компонент и каждый этап способа также могут быть использованы в комбинации с другими компонентами и/или этапами способа.

[0030] Приведенное описание использует примеры, чтобы показать некоторые варианты настоящего изобретения, включая наилучший вариант, а также дает возможность специалисту осуществить эти варианты, включая изготовление и использование любых устройств или систем и реализации соответствующих способов. Охраняемый объем настоящего изобретения определяется пунктами формулы изобретения и может включать другие примеры, очевидные для специалистов. Предполагается, что указанные другие примеры находятся в границах формулы изобретения, если они имеют структурные элементы, не отличающиеся от указанных в формуле изобретения, или если они содержат эквивалентные структурные элементы с несущественными отличиями от указанных в формуле изобретения.

СПИСОК ЧАСТЕЙ

100 - Роторно-управляемый инструмент

102 - Наружный корпус

104 - Вращающийся приводной вал

106 - Нижний конец

108 - Полый канал

110 - Продольная ось

112 - Верхний корпус

114 - Корпус клапана

116 - Корпус для лезвий

118 - Нижний корпус

120 - Подшипники

122 - Поршень

124 - Управляющие лезвия

126 - Толкатели поршней

128 - Пластинчатая пружина

130 - Первая часть

132 - Муфта привода

134 - Внутреннее кольцо

136 - Наружное кольцо

138 - Первый зубец

140 - Верхний конец

142 - Второй зубец

144 - Нижний конец

146 - Винтовая пружина

148 - Нижняя часть

150 - Верхняя часть

152 - Ступенька

154 - Первый диаметр

156 - Второй диаметр

158 - Высота

160 - Высота

162 - Пазы

164 - Внутренняя поверхность

166 - Внутренняя поверхность

168 - Второй ряд пазов

170 - Корпус датчика

172 - Датчик

174 - Магнит.

Группа изобретений относится к области направленного бурения. Буровой блок, предназначенный для использования с роторно-управляемым инструментом (100) и содержащий наружный корпус (102), вращающийся вал (104), проходящий в указанном наружном корпусе, муфту привода, присоединенную к указанному вращающемуся валу, выполненную с возможностью перемещения между сцепленным состоянием и расцепленным состоянием и содержащую первое кольцо и второе кольцо, причем первое кольцо взаимодействует со вторым кольцом при нахождении указанной муфты в сцепленном состоянии и не взаимодействует со вторым кольцом при нахождении указанной муфты в расцепленном состоянии, и датчик, присоединенный к указанному вращающемуся валу и выполненный с возможностью определения, находится ли указанная муфта, по меньшей мере, в одном из состояний, сцепленном и расцепленном. Позволяет сократить время и затраты на изготовление элементов предложенного блока и использовать любой подходящий наружный корпус без проведения дополнительных операций по его обработке. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Буровой блок, предназначенный для использования с роторно-управляемым инструментом (100) и содержащий:
наружный корпус (102),
вращающийся вал (104), проходящий в указанном наружном корпусе,
муфту (132) привода, присоединенную к указанному вращающемуся валу, выполненную с возможностью перемещения между сцепленным состоянием и расцепленным состоянием и содержащую первое кольцо (134) и второе кольцо (136), причем первое кольцо взаимодействует со вторым кольцом при нахождении указанной муфты в сцепленном состоянии и не взаимодействует со вторым кольцом при нахождении указанной муфты в расцепленном состоянии, и
датчик (172), присоединенный к указанному вращающемуся валу и выполненный с возможностью определения, находится ли указанная муфта, по меньшей мере, в одном из состояний, сцепленном и расцепленном.

2. Буровой блок по п. 1, в котором указанный датчик (172) состояния является датчиком Холла.

3. Буровой блок по п. 1, в котором указанный наружный корпус (102) выполнен с возможностью соединения со вторым наружным корпусом, содержащим по меньшей мере один управляющий толкатель, который выполнен с возможностью вращения при нахождении указанной муфты (132) в сцепленном состоянии и с предотвращением вращения при нахождении указанной муфты (132) в расцепленном состоянии.

4. Буровой блок по п. 1, в котором каждое из указанных колец, первое (134) и второе (136), имеет конфигурацию с одним зубцом.

5. Буровой блок по п. 1, в котором по меньшей мере одно из указанных колец, первое (134) или второе (136), имеет пазы (162), выполненные с обеспечением пропускания текучей среды.

6. Роторно-управляемый инструмент (100), предназначенный для использования с бурильной установкой и содержащий по меньшей мере первую часть (130), содержащую наружный корпус (102), вращающийся вал (104), проходящий через указанный наружный корпус, муфту (132) привода, присоединенную к указанному вращающемуся валу, и датчик (172), присоединенный к указанному вращающемуся валу, причем указанная муфта выполнена с возможностью перемещения между сцепленным состоянием и расцепленным состоянием и содержит первое кольцо (134) и второе кольцо (136), при этом первое кольцо взаимодействует со вторым кольцом при нахождении указанной муфты в сцепленном состоянии и не взаимодействует со вторым кольцом при нахождении указанной муфты в расцепленном состоянии, а указанный датчик выполнен с возможностью определения, находится ли муфта привода по меньшей мере в одном из состояний, сцепленном и расцепленном.

7. Роторно-управляемый инструмент (100) по п. 6, в котором указанный датчик (172) состояния является датчиком Холла.

8. Роторно-управляемый инструмент (100) по п. 6, дополнительно содержащий вторую часть, которая содержит подшипники (120), выполненные с обеспечением вращения указанного наружного корпуса (102).

9. Роторно-управляемый инструмент (100) по п. 6, дополнительно содержащий вторую часть, которая содержит по меньшей мере один управляющий толкатель, выполненный с возможностью вращения при нахождении указанной муфты (132) в сцепленном состоянии и с предотвращением вращения при нахождении муфты (132) в расцепленном состоянии.