РОТОРНАЯ УПРАВЛЯЕМАЯ СИСТЕМА С ВРАЩАЮЩИМСЯ КОРПУСОМ И ИЗГИБАЮЩИМСЯ ЦЕНТРАЛЬНЫМ ВАЛОМ Российский патент 2023 года по МПК E21B7/08 

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано в составе компоновок низа бурильной колонны при бурении наклонно-направленных, горизонтальных и многозабойных скважин роторным способом.

Известны различные роторные управляемые системы. Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является роторная управляемая система, описанная в патенте US 9,752,386 B2 [1]. Известная роторная управляемая система представляем собой устройство, в котором ротор и долото жестко связаны друг с другом. Смещающие пластины закреплены на статоре, двигатель наклоняется относительно ствола скважины с помощью смещающих пластин во время формирования искривленного ствола скважины. Приводы, используемые для перемещения пластин между их убранным и выдвинутым положениями, имеют форму поршней, к которым жидкость подается под давлением в соответствующее время через систему клапанов, управляемую блоком управления. Приводы в виде поршней предназначены для перемещения смещающих пластин между их выдвинутым и убранным положениями. Каждый исполнительный механизм содержит поршень, скользящий внутри соответствующего цилиндра. Первый конец каждого поршня взаимодействует с соответствующей отклоняющей пластиной, тогда как второй конец каждого поршня образует с соответствующим цилиндром камеру. Камеры сообщаются через соответствующие каналы, с клапанным блоком.

Недостатком указанного ближайшего технического решения является наличие холостого хода смещающих пластин до стенки скважины, на что тратится время. Также

недостатком указанного ближайшего технического решения является возможность попадания в зазор между смещающей пластиной и статором фрагментов разрушенной породы и как следствие невозможность управления роторной управляемой системы.

Также близким по технической сущности к настоящему изобретению является роторная управляемая система, описанная в патенте US 7,188,685 B2 [2]. Известная роторная управляемая система является самым нижним компонентом КНБК и включает в себя верхнюю секцию, в которой обычно размещаются электроника и другие устройства, необходимые для управления роторной управляемой системой, и рулевую секцию. Верхний стабилизатор 26 прикреплен к одной из труб, предпочтительно той,

которая примыкает к роторной управляемой системе, нижний стабилизатор прикреплен к верхней секции. Направляющая секция также включает в себя буровое долото. Буровое долото наклоняется вокруг вертлюга (обычно универсальный шарнир), установленный в рулевой секции. Сам вертлюг может передавать крутящий момент от бурильной колонны на буровое долото, или крутящий момент может передаваться отдельно через другие устройства. Подходящие устройства для передачи крутящего момента включают многие хорошо известные устройства, такие как шлицевые муфты, зубчатые передачи, универсальные шарниры и устройства с рециркуляцией шариков. Эти устройства могут быть либо объединены с верхней секцией или рулевой секцией, либо они могут быть прикреплены отдельно для облегчения ремонта и/или замены. Однако важной функцией вертлюга является обеспечение точки поворота на 360 градусов для секции рулевого управления. Направляющая секция периодически приводится в действие одним или несколькими двигателями вокруг вертлюга по отношению к верхней секции, чтобы активно удерживать ось долота в определенном направлении, в то время как весь узел вращается со скоростью вращения бурильной колонны. Термин «активно наклоненный» предназначен для различения того, как роторная управляемая система динамически ориентирована по сравнению с известными установками с фиксированным рабочим объемом. «Активно наклоненный» означает, что роторная управляемая система не имеет заданного фиксированного углового или линейного перемещения со смещением. Наоборот, как угловое, так и смещенное смещение динамически изменяются по мере работы роторной управляемой системы.

Недостатком указанного ближайшего технического решения является наличие узла универсального шарнира от надежности и долговечности зависит работоспособность всей роторной управляемой системы, а также создание герметичного канала для протока буровой жидкости между верхней секцией и рулевой секцией.

Техническая задача состоит в создании роторной управляемой системы с возможностью изгибания центрального вала для отклонения долота во время бурения.

Предложенное техническое решение позволяет решить техническую задачу.

Поставленная задача решена путем установки на центральный вал роторной управляемой системы механизма изгибания позволяющего производить изгиб вала

связанного с долотом на необходимый угол относительно внешнего корпуса роторной управляемой системы.

Наличие возможности изгиба центрального вала роторной управляемой системы для отклонения долота во время бурения, является отличительной особенностью для существующего уровня техники, описанного выше.

Технический результат заключается в повышении надежности работы системы, снижении времени и трудозатрат при бурении, повышении работоспособности и долговечности системы.

Фиг.1 изображает известную роторную управляемую систему [1], согласно уровню техники;

Фиг.2 изображает механизм открытия отклоняющих пластин известной роторной управляемой системы [1], согласно уровню техники;

Фиг.3 изображает известную роторную управляемую систему [2], согласно уровню техники;

Фиг.4 изображает роторную управляемую систему в исходном состоянии, согласно изобретению;

Фиг.5 изображает роторную управляемую систему в изогнутом состоянии, согласно изобретению.

На фиг.1 показана известная роторная управляемая система [1], которая представляет собой устройство, в котором ротор 16 и долото 12 жестко связаны друг с другом. Смещающие пластины 34 закреплены на статоре 18, двигатель 10 наклоняется относительно ствола скважины с помощью смещающих пластин 34 во время формирования искривленного ствола скважины. Приводы, используемые для перемещения пластин 34 между их убранным и выдвинутым положениями, имеют форму поршней, к которым жидкость подается под давлением в соответствующее время через систему клапанов, управляемую блоком управления. Приводы в виде поршней (см. фиг. 2) предназначены для перемещения смещающих пластин 34 между их выдвинутым и убранным положениями. Каждый исполнительный механизм содержит поршень 28, скользящий внутри соответствующего цилиндра 30. Первый конец 32 каждого поршня 28 взаимодействует с соответствующей отклоняющей пластиной 34, тогда как второй конец 40 каждого поршня 28 образует с соответствующим цилиндром 30 камеру 41. Камеры 41 сообщаются через соответствующие каналы 42, с клапанным блоком.

Недостатком является наличие холостого хода смещающих пластин 34 до стенки скважины, на что тратится время. Также недостатком указанного ближайшего технического решения является возможность попадания в зазор между смещающей пластиной 34 и статором 18 фрагментов разрушенной породы и как следствие невозможность управления роторной управляемой системы.

На фиг.3 показана известная роторная управляемая система [2], которая является самым нижним компонентом КНБК и включает в себя верхнюю секцию 122, в которой обычно размещаются электроника и другие устройства, необходимые для управления роторной управляемой системой, и рулевую секцию 124. Верхний стабилизатор 126 прикреплен к одной из труб 117, предпочтительно той, которая примыкает к роторной управляемой системе, нижний стабилизатор 130 прикреплен к верхней секции 122. Направляющая секция 124 также включает в себя буровое долото 128. Буровое долото 128 наклоняется вокруг вертлюга 131 (обычно универсальный шарнир 132), установленный в рулевой секции 124. Сам вертлюг 131 может передавать крутящий момент от бурильной колонны на буровое долото 128, или крутящий момент может передаваться отдельно через другие устройства. Подходящие устройства для передачи крутящего момента включают многие хорошо известные устройства, такие как шлицевые муфты, зубчатые передачи, универсальные шарниры и устройства с рециркуляцией шариков. Эти устройства могут быть либо объединены с верхней секцией 122 или рулевой секцией 124, либо они могут быть прикреплены отдельно для облегчения ремонта и/или замены. Однако важной функцией вертлюга 131 является обеспечение точки поворота на 360 градусов для секции 124 рулевого управления. Направляющая секция 124 периодически приводится в действие одним или несколькими двигателями 139 вокруг вертлюга 131 по отношению к верхней секции 122, чтобы активно удерживать ось 134 долота в определенном направлении, в то время как весь узел вращается со скоростью вращения бурильной колонны. Термин «активно наклоненный» предназначен для различения того, как роторная управляемая

система 120 динамически ориентирована по сравнению с известными установками с фиксированным рабочим объемом. «Активно наклоненный» означает, что роторная управляемая система 120 не имеет заданного фиксированного углового или линейного перемещения со смещением. Наоборот, как угловое, так и смещенное смещение динамически изменяются по мере работы роторной управляемой системы 120.

Недостатком является наличие узла универсального шарнира от надежности и долговечности зависит работоспособность всей роторной управляемой системы, а также создание герметичного канала для протока буровой жидкости между верхней секцией 122 и рулевой секцией 124.

На фиг.4 показано сечение заявленной роторной управляемой системы с возможностью изгиба центрального вала роторной управляемой системы для отклонения долота во время бурения скважины. Роторная управляемая система состоит из центрального вала 201 который напрямую соединяется с буровым долотом 202, с обратной стороны центральный вал 201 соединен с верхней секцией (условно не показан) в которой обычно размещаются электроника и другие устройства, необходимые для управления роторной управляемой системой. По верх центрального вала 201 расположена обойма 203, под которой образуются герметичные объемы 208, герметичность обеспечивается c помощью уплотнительных элементов 207, например резиновых колец круглого сечения. Обойма 203 жестко защемлена на центральном валу 201 со стороны долота 202, с противоположной стороны обойма 203 имеет герметичный шарнирный элемент 206 обеспечивающий поворот оси центрального вала 201 относительно оси обоймы 203. Шарнирный элемент 206 может быть выполнен многими хорошо известными способами, например, шаровая опора, устройство с рециркуляцией шариков, шлицевая муфта и другое. В герметичном объеме 208 расположен по крайней мере один толкатель 204, который приводится в действие жидкостью, проходящей по каналам 205. Стоит уточнить, что толкатель 204 может приводиться в действие не только гидравлическим, но и другими способами (например, пневматическим, механическим, электрическим и прочими способами). При подаче воздействия на толкатель 204, он упирается в обойму 203 что приводит к изгибу центрального вала 201 (фиг.5) и тем самым к смещению оси долота 202 относительно оси скважины 209 и тем самым искривлению ствола скважины. Также следует указать, что обойма 203 вращается с такой же скоростью и в том же направлении что и центральный вал 201, что минимизирует прихват в скважине.

Роторная управляемая система с вращающимся корпусом и изгибающимся центральным валом устанавливается в компоновку низа бурильной колонны и содержит в себе:

- центральный вал, который напрямую соединяется с буровым долотом, с обратной стороны центральный вал соединен с верхней секцией, в которой обычно

размещаются электроника и другие устройства, необходимые для управления роторной управляемой системой;

- обойму, под которой образуются герметичные объемы;

- герметичность обеспечивается c помощью уплотнительных элементов;

- шарнирный элемент обеспечивающий поворот оси центрального вала относительно оси обоймы;

- по крайней мере один толкатель, расположенный в герметичном объеме.

Движение толкателя или набора толкателей обеспечивается гидравлическим, пневматическим, механическим, электрическим или другим воздействием.

Уровень воздействия на толкатель определяет угол изгиба центральной оси относительно обоймы.

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано в составе компоновок низа бурильной колонны при бурении наклонно-направленных, горизонтальных и многозабойных скважин роторным способом. Роторная управляемая система содержит буровое долото, центральный вал, соединенный с буровым долотом, обойму, выполненную поверх центрального вала, образующую под собой герметичный объем, шарнирный элемент, обеспечивающий поворот оси центрального вала относительно оси обоймы, и по меньшей мере один толкатель, установленный в герметичном объеме. Причем обойма жестко закреплена на центральном валу со стороны бурового долота, а с противоположной стороны обойма имеет шарнирный элемент. Обеспечивается повышение надежности, работоспособности и долговечности системы. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Роторная управляемая система, характеризующаяся тем, что содержит буровое долото, центральный вал, соединенный с буровым долотом, обойму, выполненную поверх центрального вала, образующую под собой герметичный объем, шарнирный элемент, обеспечивающий поворот оси центрального вала относительно оси обоймы, и по меньшей мере один толкатель, установленный в герметичном объеме, причем обойма жестко закреплена на центральном валу со стороны бурового долота, а с противоположной стороны обойма имеет шарнирный элемент.

2. Роторная управляемая система по п.1, характеризующаяся тем, что обойма выполнена с возможностью вращения с такой же скоростью и в том же направлении, что и центральный вал.

3. Роторная управляемая система по п.1, характеризующаяся тем, что центральный вал, который с одной стороны соединен с буровым долотом, с обратной стороны соединен с верхней секцией, в которой размещены средства управления роторной управляемой системой.

4. Роторная управляемая система по п.1, характеризующаяся тем, что дополнительно содержит уплотнительные элементы, обеспечивающие герметичность.

5. Роторная управляемая система по п.1, характеризующаяся тем, что движение по меньшей мере одного толкателя выполнено посредством гидравлического, или пневматического, или механического, или электрического воздействия.

6. Роторная управляемая система по п.5, характеризующаяся тем, что уровень воздействия на толкатель определяет угол изгиба центральной оси относительно обоймы.