Роторная управляемая система Российский патент 2021 года по МПК E21B7/06 E21B4/02 E21B44/00 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, а именно к роторным управляемым системам, используемым при бурении скважин, которые являются альтернативой применяемым искривленным винтовым забойным двигателям при бурении пологих и горизонтальных скважин с большим отходом от вертикали.

Известен многозаходный героторный механизм винтового забойного двигателя (см. патент СССР 1595105, М. кл F04C 2/16, опубл. 20.12.1999 г.), содержащий элементы в виде статора с внутренними винтовыми зубьями, выполненными из упругоэластичного материала, например, из резины, и ротора с наружными винтовыми зубьями. Зубья статора и ротора имеют разницу их чисел, равную единице. Ось статора смещена относительно оси ротора на величину эксцентриситета, равную половине высоты зубьев. Торцовые профили зубьев статора и ротора выполнены в виде огибающих общего исходного контура рейки, очерченного по эквидистанте укороченной циклоиды, со смещением общего исходного контура при образовании профилей зубьев статора и ротора. Диаметральный натяг обеспечивается за счет разницы смещений исходного контура при образовании профилей зубьев статора и ротора.

Недостатком данной конструкции является:

- принципиальная невозможность направленного бурения и невозможность направленного бурения при наличии регулятора угла в составе забойного двигателя с одновременным вращением буровой;

- необходимость использования дополнительной шпиндельной секции для направления потока жидкости в долото и восприятия осевых и радиальных нагрузок;

- необходимость использования в составе забойного двигателя карданного вала или торсиона для преобразования планетарного вращения ротора во вращение оси долота.

Задачей предлагаемого изобретения является создание отклоняющего усилия на долоте без применения шпиндельной секции, карданного вала или торсиона, а также регулятора угла в забойном двигателе, позволяющее производить отклонение траектории, как при вращении бурильной колонны, так и без него.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для создания отклоняющего усилия на долоте используется эксцентриситет, имеющийся в многозаходном героторном механизме за счет совмещения осей вращения долота и ротора посредством применения гибкого наддолотного переводника. При этом верхняя присоединительная к трубам муфта статора многозаходного героторного механизма переходит от статора к ротору и становится его неотъемлемой частью, причем статор становиться свободно вращающимся и герметизируется по краям с помощью эксцентричных подшипников скольжения. Верхний эксцентричный подшипник скольжения содержит постоянный магнит для определения положения эксцентриситета телеметрической системой, упирается в присоединительную к трубам муфту, а гибкий наддолотный переводник становится упорным по отношению к нижнему эксцентричному подшипнику и ограничивает осевое движение эксцентричных подширников и статора, при этом циркуляция промывочной жидкости в многозаходном героторном механизме осуществляется через промывочные каналы в верхней и нижней части вала-ротора, которые соединяют его внутреннее пространство в верхней и нижней части с рабочими камерами многозаходного героторного механизма. При этом устройство перестает выполнять функцию забойного двигателя и лишь передает вращающий момент и нагрузку на долото от бурильной колоны, а отклоняющее усилие на долоте возникает из-за эксцентричного движения статора вокруг вала-ротора, которое становиться постоянно направленным при синхронизации частоты вращения ротора с бурильной колонной. Ориентирование осуществляется с помощью телеметрической системы, которая устанавливается в верхнюю полую часть ротора и с помощью датчика определяет положение магнита и, соответственно, эксцентриситета и частоту его вращения вокруг ротора. В случае необходимости направленного бурения производится подбор расхода промывочной жидкости и частоты бурильной колонны, жестко связанной с помощью резьбовых соединений с гибким наддолотным переводником и валом-ротором роторной управляемой системы, и, соответственно, их синхронизация. А поскольку в силу особенности работы многохаходной героторной пары направление вращения ротора и эксцентриситета является разнонаправленным относительно апсидальной плоскости скважины, то положение эксцентриситета, оказывающего изгибающее усилие на роторную управляемую систему и, соответственно, боковое усилие на долото, становится постоянным относительно апсидальной плоскости скважины, что обеспечит направленное бурение.

На фиг.1 изображен общий вид устройства (роторной управляемой системы) во время работы. На фиг.2 – разрез А-А на фиг.1.

Устройство состоит из вала-ротора 1, имеющего в верхней и нижней части полости 2 и каналы 3 для прокачки промывочной жидкости, соединенные между собой рабочими камерами 4, количество которых соответствует количеству впадин на валу-роторе, а также присоединительные резьбы по краям 5, эксцентричные герметичные подшипники скольжения 6, на которых имеются подпятники 7, отталкивающиеся от стенок скважины 8, а на ближнем к бурильным трубам еще и постоянный магнит 9, показывающий телесистеме 10 положение эксцентриситета. Эксцентричные герметичные подшипники скольжения 6 являются опорой для статора, который состоит их наружного корпуса 11 и винтовых зубьев, выполненных из эластомера 12. Упорный гибкий наддолотный переводник 13, навернутый на вал-ротор, является ограничителем осевых перемещений эксцентричных подшипников и передает вращающий момент, нагрузку и отклоняющее усилие на долото от вала-ротора.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, а именно к роторным управляемым системам, используемым при бурении наклонно направленных и горизонтальных скважин. Роторная управляемая система включает в себя многозаходный героторный механизм, состоящий из статора, содержащего наружный корпус с винтовыми зубьями, выполненными из эластомера, и вала-ротора, зубья которых образуют между собой полости - рабочие камеры, и имеющий эксцентриситет, равный половине высоты зубьев, согласно изобретению вал-ротор является полым в верхней и нижней частях и содержит каналы, соединяющие его внутренние полости с рабочими камерами героторного механизма, а также имеет в верхней части присоединительную резьбу к бурильным трубам, верхний герметичный эксцентричный подшипник, нижний герметичный эксцентричный подшипник и присоединительную резьбу к гибкому наддолотному переводнику, который является основанием для осевой опоры скольжения нижнего эксцентричного подшипника, имеющего, как и верхний эксцентричный подшипник, подпятник в направлении максимального эксцентриситета героторного механизма относительно оси вала-ротора, передающий боковое отклоняющее усилие реакции опоры от стенок скважины на вал-ротор, гибкий наддолотный переводник и, соответственно, на долото, при этом верхний эксцентричный подшипник также содержит в себе постоянный магнит, по которому телесистема определяет положение эксцентриситета. Обеспечивается создание отклоняющего усилия на долоте, без применения шпиндельной секции, карданного вала или торсиона, а также регулятора угла в забойном двигателе, позволяющего производить отклонение траектории как при вращении бурильной колонны, так и без него. 2 ил.

Роторная управляемая система, включающая в себя многозаходный героторный механизм, состоящий из статора, содержащего наружный корпус с винтовыми зубьями, выполненными из эластомера, и вала-ротора, зубья которых образуют между собой полости - рабочие камеры, и имеющий эксцентриситет, равный половине высоты зубьев, отличающаяся тем, что вал-ротор является полым в верхней и нижней частях и содержит каналы, соединяющие его внутренние полости с рабочими камерами героторного механизма, а также имеет в верхней части присоединительную резьбу к бурильным трубам, верхний герметичный эксцентричный подшипник, нижний герметичный эксцентричный подшипник и присоединительную резьбу к гибкому наддолотному переводнику, который является основанием для осевой опоры скольжения нижнего эксцентричного подшипника, имеющего, как и верхний эксцентричный подшипник, подпятник в направлении максимального эксцентриситета героторного механизма относительно оси вала-ротора, передающий боковое отклоняющее усилие реакции опоры от стенок скважины на вал-ротор, гибкий наддолотный переводник и, соответственно, на долото, при этом верхний эксцентричный подшипник также содержит в себе постоянный магнит, по которому телесистема определяет положение эксцентриситета.