Шарнирный отклонитель Советский патент 1983 года по МПК E21B7/08 

Изобретение относится к горному делу, в частности к проходке разведочных и эксплуатационных скважин вращательным способом, а именно к устройству для искусственного искривления скважин, а также для направленного и многоствольного бурения и может быть использовано как в роторном бурении, так и в бурении с забойными двигателями, кроме этого, оно может быть использовано в качестве шарнирной муфты для передачи крутящего момента в механизмах с небольшими перекосами осей валов. Известен шарнирный отклонитель, состоящий из набора сочлененных в продольном направлении элементов, обеспечивающих передачу крутящего- момента при перекосе осей 1. Недостаток устройства заключается в сложности его конструкции и недолговечности работы, так как узел передачи вращения и осевой нагрузки быстро изнашивается. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является шарнирный отклонитель, включающий корпус с осевым каналом, состоящий из двух частей, сопрягаемые торцовые поверхности которых имеют возможность относительного углового смещения, расположенный в полости корпуса вал с упорными элементами на концах для взаимодействия с частями корпуса, причем вал имеет в поперечном сечении форму квадрата, а части корпуса - ответные ему поверхности для передачи крутящего момента 2. Недостаток этого устройства заключается в том, что части корпуса, передавая и осевую нагрузку и крутящий момент быстро изнашиваются, а так как торцовые поверхности корпуса не имеют фиксации углового смеш.ения, на вал передается изгибающая нагрузка от частей корпуса. Кроме того, устройство возможно применять только при роторном бурении. Цель изобретения - повышение надежности отклонителя в работе за счет перераспределения нагрузок-как при роторном, так и при турбинном бурении. Указанная цель достигается тем, что в шарнирном отклонителе, включающем корпус с осевым каналом, состоящий из двух частей, сопрягаемые торцовые поверхности которых имеют возможность относительного углового смещения, расположенный в полости корпуса вал с упорными элементами на концах для взаимодействия с частяMI корпуса, вал выполнен из двух частей, близлежащие торцы которых связаны кулачковым зацеплением, причем упорные элеиенты вала выполнены в виде радиальноупорных подшипников. Торцовые сопрягающиеся поверхности корпуса выполнены конусными и один из сопрягающихся торцов имеет вырез для фиксации угла искривления. На фиг. 1 показана схема установки шарнирного отклонителя в компоновке бурильной колонны; на фиг. 2 - шарнирный отклонитель, продольный разрез; на фиг. 3- шарнирный отклонитель, во время спуска его в скважину; на фиг. 4 - то же, в момент работы; на фиг. 5 - схема передачи осевой нагрузки между звеньями корпуса отклонителя. Шарнирный отклонитель устанавливается в компоновке бурильной колонны и связан с долотом 1 переходником 2, а верхней частью - с бурильными трубами 3 (фиг. 1). Шарнирный отклонитель (фиг. 2) состоит из корпуса, выполненного из двух частей:верхней 4 и нижней 5, которые связаны между собой шарниром 6 для обеспечения возможности их относительного углового смешения. В осевом канале корпуса расположен вал, состоящий из двух частей: верхней 7 и нижней 8. Нижняя и верхняя части вала на близлежащих торцах имеют соответственно кулачки 9 и 10, образующие кулачковое зацепление для передачи крутящего момента от колонны бурильных труб 3 к долоту 1 через переходник 2. Части вала 7 и 8 установлены в частях корпуса 4 и 5 на радиально-упорных подшипниках 11 и 12. Части вала 7 и 8 выполнены с осевым каналом для прохода промывочной жидкости, в котором с целью уплотнения кулачкового соединения установлена трубка 13 сальникового уплотнения. Для предохранения подщипников И и 12 от воздействия абразивной среды в частях корпуса 4 и 5 установлены сальниковые уплотнения 14. Образующие щарнир б торцовые поверхности частей корпуса 4 и 5 выполнены конусными и один из сопрягающихся торцов, например верхний, имеет вырез 15 для фиксации угла искривления-угла перекоса оси породоразрушающего инструмента 1 относительно оси скважины. Шарнирный отклонитель работает следующим образом. Перед спуском в скважину щарнирный отклонитель верхней частью присоединяется либо к забойному двигателю, либо к ориентируемому стабилизатору. При наличии некоторой кривизны ствола шарнирный отклонитель возможно использовать самостоятельно для дальнейщего набора кривизны. Благодаря шарниру 6 между частями корпуса 4 и 5 при спуске устройства в компоновке бурильной колонны она перемещается вдоль оси скважины без перекоса (фиг. 3). При постановке на забой за счет осевой, нагрузки звенья 4 и 5 поворачиваются 8 шириире 6 на угол до закрытия выреза 15 и занимают рабочее перекошенное положение (фиг. 4). .Осевая нагрузка при этом с верхней части вала 7 через подшипник 11 передается на верхнюю часть корпуса и далее через шарнир 6 и контакт выреза 15 (фиг. 4), давление передается на нижнюю часть корпуса 5, которое через подшипник 12 передается на нижнюю часть вала 8 с породоразрушающим инструментом 14. Полное закрытие вьфеза. 15 асимметричная передача давления на нижнюю часть корпуса 5 возможна только в том случае, если величина угла выреза 15 совпадает с углом перекоса оси породоразрушающего инструмента 1 относительно оси скважины, (на фиг. 1). При передаче осевой нагрузки с верхней части корпуса 4 на нижнюю часть корпуса 5 в результате их смещения возникает эксцентриситет е, что обеспечивает более надежную фиксацию перекоса в шарнире 6 за счет появления опрокидывающего момента равного М еР, который также способствует увеличению отклоняющей силы на породоразрушающем инструменте в процессе бурения скважины. Размеры нижней части снаряда наоравленного бурения, в этом случае, должны определяться из соотношения гдеЮ - диаметр скважины, мм; d - диаметр корпуса шарнирного отклонителя, мм; t -длина низа снаряда от забоя до шарнира 6, мм. Такая передача осевого давления в шарнирном отклонителе полностью разгружает от продольной нагрузки узел передачи вращения при перекосе осей валов 7 и 8, что позволяет выполнить элементы зацепления этого узла в виде кулачков. В процессе бурения для очистки забоя через продольные каналы шарнирного отклонителя подается либо промывочная жидкость, либо газообразный очистной агент. Сальниковые уплотнения 13 и 14 предохраняют- трущиеся поверхности устройства от воздействия агрессивной среды. Ввиду этого резко уменьшается износ контактируюших между собой деталей шарнирного отклонителя, что повышает надежность и срок его работы в скважине при ее искусственном искривлении. Технико-экономическая эффективность заключается в уменьшении материальных затрат, связанных с проводкой скважин, за счет повышения срока службы элементов бурильной колонны.

Фиг.З

Фаг Л

1. ШАРНИРНЫЙ ОТКЛОНИТЕЛЬ, включающий корпус с осевым каналом, состоящий из двух частей, сопрягаемые торцовые поверхности которых имеют возможность относительного углового смещения, расположенный в полости корпуса вал с упорными элементами на концах для взаимодействия с частями корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности отклонителя в работе за счет перераспределения нагрузок как при роторном, так и при турбинном бурении, вал выполнен из двух частей, близлежащие торцы которых связаны кулачковым зацеплением; причем упорные элементы вала выполнены в виде радиально-упорных подшипников. 2. Отклонитель по п. 1, отличающийся тем, что торцовые сопрягающиеся поверхности корпуса выполнены конусными и один из сопрягающихся торцов имеет вырез для фиксации угла искривления. (Л 00 со О) СХ) ел

Х