Устройство для создания осевого усилия на долото при бурении горизонтальных скважин Российский патент 2022 года по МПК E21B23/04 E21B7/08 E21B19/87 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначена для бурения нефтяных и газовых скважин с протяженными горизонтальными окончаниями, в частности может быть применима в компоновке низа бурильной колонны (КНБК).

Известна система управления буровым устройством для разработки труднодоступных запасов углеводородов (патент на ИЗ № 268053, МПК E21B 7/08, опубл. 01.03.2019, бюл. №7) включающая корпус, имеющий ось, размещенный в корпусе с возможностью вращения вал, состоящий из ведущего и ведомого валов, соединенных с помощью шарнира, на ведомом валу установлен радиально-упорный подшипник с возможностью поддержания его коллинеарным с осью корпуса, исполнительный орган и механизм перемещения, установленные с возможностью обеспечения отклонения вала от оси корпуса, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена центратором, жестко соединенным с корпусом, размещенными в корпусе электронным модулем с электрической цепью и вращающимся контактным устройством, соединенным с электронным модулем через электрическую цепь, при этом вал снабжен вторым шарниром, образуя промежуточный вал между ведущим и ведомым валами, причем использованы шарниры, работающие в масляной ванне, ведомый вал снабжен вторым радиально-упорным подшипником, установленным вблизи торца корпуса, исполнительный орган содержит три клина и три индуктивных датчика перемещения, механизм перемещения исполнительного органа выполнен в виде трех электрических двигателей с планетарными редукторами, расположенных под углом 120 градусов относительно друг друга, при этом каждому электрическому двигателю соответствует клин, установленный с возможностью перемещения в обе стороны с обеспечением отклонения вала от оси корпуса, и на каждом клине установлен индуктивный датчик перемещения.

Известен блок отклонения системы управления буровым устройством (патент на ИЗ № 2655325, МПК E21B 7/08, опубл. 25.05.2018, бюл. № 15) включающий корпус, имеющий ось, размещенный в корпусе с возможностью вращения вал, состоящий из ведущего и ведомого валов, соединенных с помощью шарнира, на ведомом валу установлен радиально-упорный подшипник с возможностью поддержания его коллинеарным с осью корпуса, исполнительный орган и механизм перемещения, установленные с возможностью обеспечения отклонения вала от оси корпуса, отличающийся тем, что вал снабжен вторым шарниром, образуя промежуточный вал между ведущим и ведомым валами, ведомый вал снабжен вторым радиально-упорным подшипником, установленным вблизи торца корпуса, исполнительный орган содержит три клина-отклонителя и три датчика перемещения, механизм перемещения исполнительного органа выполнен в виде трех шаговых двигателей, расположенных под углом 120 градусов друг относительно друга, при этом каждому шаговому двигателю соответствует клин-отклонитель, установленный с возможностью перемещения в обе стороны с обеспечением отклонения вала от оси корпуса, и на каждом клине-отклонителе установлен датчик перемещения.

Недостатками известных изобретения является, то что устройство позволяет позиционировать долото и направлять его необходимой траектории, при этом ограничивает доведение нагрузки до долота, которая снижается при высоких трениях между бурильным инструментом и стенкой скважины, что может привести к остановке бурения на глубине горизонтального ствола скважины.

Наиболее близким аналогом является устройство для бурения протяженных горизонтальных скважин (патент на ПМ № 185927, МПК E21B 23/04, E21B 17/10, E21B 7/24, опубл. 25.12.2018, бюл. №11) состоящее из цилиндрического корпуса и роликов, отличающееся тем, что содержит встроенные ролики, часть из которых являются точками опоры, находящимися на определенном расстоянии друг от друга, и узел управления, при этом встроенные ролики выполнены с возможностью контакта и взаимодействия со стенками ствола скважины, вращения за счет прохождения потока промывочной жидкости, закрепления в породе с возможностью проталкивания бурильного инструмента, а в узел управления входят встроенные датчики замера пространственных параметров и параметров режима бурения - осевая нагрузка на долото, расход промывочной жидкости на забое, частота вращения породоразрушающего инструмента с возможностью передачи параметров по гидравлическому каналу связи на поверхность.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции и эксплуатации, сложность внедрения узла управления в устройство для бурения протяженных горизонтальных скважин.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание устройства для создания осевого усилия на долото при бурении горизонтальных скважин, позволяющего расширить функциональные возможности при бурении протяженных горизонтальных скважин, за счет доведения бурового инструмента до проектного забоя на горизонтальных участках и отсутствием необходимости применения наддолотного модуля.

Техническая задача решается устройством для создания осевого усилия на долото при бурении горизонтальных скважин, состоящих из цилиндрического корпуса и подпружиненных к стенкам скважины роликов, находящимися на определенном расстоянии друг от друга, вращающихся за счет прохождения потока промывочной жидкости, закрепления в породе с возможностью закрепления в стенках скважины и с возможностью проталкивания бурильного инструмента.

Новым является то, что корпус внутри снабжен коаксиальным стаканом с крыльчаткой, изготовленной с возможностью придания вращения под действием потока жидкости и оснащенной штоком с червячным винтом на конце, а каждый ролик оснащен шестерней и установлен на одном конце подпружиненного наружу рычага, другой конец которого оснащен осью вращения, зафиксированной внутри корпуса с установленной с возможностью вращения двойной шестерней, одна из которых выполнена с возможностью взаимодействия с червячным винтом, образуя червячную передачу, а вторая – через ряд зубчатых передач с шестерней ролика для передачи вращения ролику и обеспечения перемещения корпуса для создания необходимого осевого усилия при бурении породы долотом.

На фиг. 1 представлен объемный вид устройства в продольном разрезе.

На фиг. 2 представлен чертеж устройства в продольном разрезе.

На фиг. 3 представлен поперечный разрез устройства.

Устройство для создания осевого усилия на долото при бурении горизонтальных скважин содержит цилиндрический полый корпус 1 (фиг. 1 и 2) и подпружиненные к стенкам скважины (не показана) роликов 2, находящимися на определенном расстоянии друг от друга, вращающихся за счет прохождения потока промывочной жидкости в корпусе, закрепления в породе с возможностью проталкивания бурильного инструмента (не показан). Корпус 1 внутри снабжен коаксиальным стаканом 3 с крыльчаткой 4, изготовленной с возможностью придания вращения под действием потока жидкости и оснащенной штоком 5 с червячным винтом 6 на конце, а каждый ролик 2 содержит ряд установленных на нем шестерен, предающих вращение друг другу, при этом крайняя шестерня 10 имеет ось вращения, относительно которой ролик 2 выполнен с возможностью вращения, тем самым выдвигаясь из корпуса 1, прижимаясь к стенкам скважины для создания осевого усилия, ролик 2 оснащен шестерней 7, связанной через ряд шестерен с крайними шестернями 10 и 11, крайняя шестерня 10 выполнена с возможностью взаимодействия с червячным винтом 6, образуя червячную передачу, рычаг 8 одним концом зафиксирован на крайней шестерне 10, а другой конец рычага 8 оснащен осью (не показан) находящейся на втулке 9, установленной соосно со штоком 5.

Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность устройства на чертежах (Фиг. 1 – 3) не показаны или показаны условно.

Устройство для создания осевого усилия на долото при бурении горизонтальных скважин работает следующим образом.

На буровой площадке производят сборку КНБК (не показан), состоящую из породоразрушающего инструмента, например, винтового забойного двигателя, опорноцентрирующих устройств, в которую включают устройства для бурения протяженных горизонтальных скважин. Как минимум три устройства (см. фиг. 3) закрепляют в КНБК (не показан) с помощью резьбовых соединений корпусов 1 (фиг. 1 и 2) внутренней и наружной резьбы (не показаны) с поворотом относительно друг друга, обеспечивающем равномерное расположение по периметру толкающих роликов 2. После сборки, КНБК спускают на забой скважины для бурения протяженного горизонтального участка.

При бурении горизонтальной скважины наблюдается значительное снижение механической скорости бурения, нагрузка на долото (не показано) КНБК снижается. Для исключения снижения нагрузки на долото применяют предлагаемое устройство, в котором жидкость поступает в полость корпуса 1, создав необходимое давление проходя через коаксиальный стакан 3 с крыльчаткой 4, создает вращение штока 5 с червячным винтом 6 на конце. Червячный винт 6, передает вращение шестерне 10, которая соединена с шестерней 11, передающих вращение через ряд зубчатых передач (не обозначен позицией), закрепленных на рычаге 8, вращение шестерне 7 с роликом 2. Так как рычаг 8 подпружинен наружу, то поворачиваясь относительно оси, прижимает ролик 2 к стенкам скважины. При этом ролик 2 толкает корпус 1 и КНБК, снижая сопротивление колонны бурильных труб (не показаны) о стенки скважины и создавая необходимое продольное усилие при бурении на забой долотом, благодаря подбору передаточного числа червячной передачи 6 и 10 и зубчатых передач 11 (эмпирическим путем).

Скорость вращения роликов 2 может контролироваться с помощью расхода промывочной жидкости, проходящих внутри корпуса 1.

Предлагаемое устройство имеет простую конструкцию, что позволяет произвести его сборку в полевых условиях, и снизить затраты. Многофункциональность устройства определяется, за счет возможности одновременно толкать КНБК и проводить замеры положения ствола скважины. Сокращает аварийные ситуации, снижая коэффициент трения бурильной колонны о стенки скважины и позволяя довести максимальную нагрузку до долота. Увеличивает эффективность бурения, снижает энергозатраты, повышает эффективность и надежность бурения, обеспечивает высокие технико-экономические показатели строительства скважин.

Заявлено устройство для создания осевого усилия на долото при бурении горизонтальных скважин. Техническим результатом является создание устройства для создания осевого усилия на долото при бурении горизонтальных скважин, позволяющего расширить функциональные возможности при бурении протяженных горизонтальных скважин. Устройство включает цилиндрический корпус и подпружиненные к стенкам скважины ролики. Ролики находятся на определенном расстоянии друг от друга. Ролики выдвигаются за счет прохождения потока промывочной жидкости. Ролики выполнены с возможностью закрепления в стенках скважины и с возможностью проталкивания бурильного инструмента. Корпус внутри снабжен коаксиальным стаканом с крыльчаткой, изготовленной с возможностью придания вращения под действием потока жидкости и оснащенной штоком с червячным винтом на конце. Каждый ролик содержит ряд установленных на нем шестерен, передающих вращение друг другу. Крайняя шестерня имеет ось вращения, относительно которой ролик выполнен с возможностью вращения, тем самым выдвигаясь из корпуса, прижимаясь к стенкам скважины для создания осевого усилия. Крайняя шестерня выполнена с возможностью взаимодействия с червячным винтом на конце штока, образуя червячную передачу. Рычаг одним концом зафиксирован на крайней шестерне, а другой конец рычага оснащен осью вращения, находящейся на втулке, установленной соосно со штоком. Рычаг подпружинен наружу с возможностью выдвижения ролика относительно корпуса. 3 ил.

Устройство для создания осевого усилия на долото при бурении горизонтальных скважин, содержащее цилиндрический корпус и подпружиненные к стенкам скважины ролики, находящиеся на определенном расстоянии друг от друга, выдвигающиеся за счет прохождения потока промывочной жидкости, с возможностью закрепления в стенках скважины и с возможностью проталкивания бурильного инструмента, отличающееся тем, что корпус внутри снабжен коаксиальным стаканом с крыльчаткой, изготовленной с возможностью придания вращения под действием потока жидкости и оснащенной штоком с червячным винтом на конце, каждый ролик содержит ряд установленных на нем шестерен, передающих вращение друг другу, при этом крайняя шестерня имеет ось вращения, относительно которой ролик выполнен с возможностью вращения, тем самым выдвигаясь из корпуса, прижимаясь к стенкам скважины для создания осевого усилия, крайняя шестерня выполнена с возможностью взаимодействия с червячным винтом на конце штока, образуя червячную передачу, рычаг одним концом зафиксирован на крайней шестерне, а другой конец рычага оснащен осью вращения, находящейся на втулке, установленной соосно со штоком, рычаг подпружинен наружу с возможностью выдвижения ролика относительно корпуса.