Устройство для ориентирования отклонителя в наклонной скважине Советский патент 1986 года по МПК E21B47/22 

4 с пластиной (П) 24, которая установлена на диске 28 с возможностью осевого перемещения и подпружинена относительно основания 15 цилиндра 9. Седло управляющего клапана в виде отверстия 16 paзмeD eнo эксцентрично в основании 15. Диск 28 установлен на валу 30 Д 5 с возможностью поворота и жесткой фиксации относительно Д 5. Вращением ротора вправо или влево отверстие 16, проворачиваясь на основании 15, встречает кромку неподвижной П 24 заслонки 4. При перекрытии П 24 отверстия 16 повышается давление в манифольде буровой, а при выходе отверстия 16 из зоны перекрытия П 24 давление падает

Повышение давления под поршнем 10 увеличивает усилие на штоке 1-1, превьш1ая реакцию рабочего клапана 18 ГУ 3. Повышение перепада давления фиксируется датчиком 2, который сигнализирует о несовпадении положения отклонителя с заданным направлением в процессе ориентирования. При искривлении скважины Д 5 будет смещать П 24 по часовой стрелке по отношению к отверстию 16 жестко связанного с отклонителем ГУ 3. Угол смещения между новым положением П 24 и ее первоначальным положением определит новое положение апсидальной плоскости ствола скважины . 4 ил.

Изобретение относится к технике бурения наклонно направленных скважин и позволяет повысить точность и ускорить процесс ориентирования. Устр-во содержит силовой корпус 1, внутри которого установлены датчик 2 повьшенного перепада давления, гидроусилитель (ГУ) 3 и дебаланс (Д) 5. Управляющий клапан ГУ 3 вьпюлнен в виде секторной заслонки (Л

1

Изобретение относится к бурению наклонно направленных скважин и предназначено для ориентирования и контроля положения отклонителя в наклонном стволе скважины непосредственно в процессе бурения.

Цель изобретения - повьшение точности и ускорение процесса ориентирования. I

На фиг. 1 схематично приведено

устройство для ориентирования отклонителя; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1 и разрез Б-Б- на фиг. 3 схематическое изображение последовательности орентирования отклонителя и контроля его положения в процессе бypeния на фиг. 4 - стол ротора буровой установки, сверху.

Устройство (фиг. 1) содержит силовой корпус 1, внутри которого установлены датчик 2 повьшхенного перепада давления, гидроусилитель 3, секторная заслонка 4 и дебгшанс 5

Датчик 2 служит для сигнализации на.дневную поверхность путем повышенного перепада давления о несовпадении положения отклонителя с заданным направлением в процессе орентирования, а также об отходе отклонителя от заданного направления в процессе бурения. Датчик 2 представляет собой перегородку круглого сечения, в центре которой размещено клапанное седло 6, а в радиальном

направлении выполнены шунтирующие отверстия 7. По отношению к корпусу

Iдатчик 2 уплотнен резиновым кольцом 8.

Гидроусилитель 3 содержит цилиндр 9, в котором подвижно установлен пор шень 10, а последний жестко связан со штоком 11. Верхняя полость 12 цилиндра 9 гидравлически свободно

сообщена с наружной средой посредством центрирующей втулки 13 с пазами в осевом направлении. Нижняя полость 14 цилиндра 9 ограничена сплошным основанием 15, в котором

размещено седло управляющего клапана гидроусилителя 3 в виде эксцентрично расположенного отверстия 16 по отношению к оси цилиндра 9. Отверстие 16 выполнено в гидравлическом насадке 17, который запрессован в основании 15. Наружный торец насадка 17 подвержен совместно с основанием 15 шлифовке. На штоке .11 укреплен рабочий клапан 18, который

гфедназначен для перекрытия седла 6 датчика 2 в моменты несоответствия положения отклонителя заданному направлению. В верхней части штока

IIвьшолнены пазы 19, соединяющие зону повьш1енного давления, находящуюся вьш1е датчика 2, с нижней полостью 14 цилиндра 9 посредством осевого канала 20 и радиальных отверстий 21.

Пазы 19 одновременно служат фильтром для части потока промывочной жидкости, проходящего через нижнюю полость 14 и насадок 17. Цилиндр 9 установлен в корпусе 1 на проточной опоре 22. Датчик 2 жестко соединен с опорой 22 посредством втулки 23,

Секторная заслонка 4 (фиг. 1 - 3) в торце имеет пластину 24 в виде сектора с углом у . Пластина 24, соприкасающаяся с поверхностью 25 основания 15, вьтолнена по ширине в радиальном направлении с возможностью полного перекрытия отверстия 16 при провороте основания 15 с отверстием 16 вокруг оси 26, Последняя укреплен на заслонке 4 и свободно вращается в отверстии 27 основания 15. Заслонка 4 подвижно в осевом направлении установлена на диске 28, который в сво очередь в определенном радиальном положении жестко фиксируется болтом 29 на валу 30 дебаланса 5. Заслонка

4с пластиной 24 прижимается с необходимым расчетным усилием к основани 15 пружиной 31, установленной между торцом диска 28 и основанием отверстия 32, находящегося в цилиндрической части заслонки 4. Штифт 33, установленный в диске 28, предотвращает проворачивание заслонки 4 по отношению к диску 28 и фиксирует крайние осевые перемещения заслонки 4 посредством пазов 34, расположенных

на ее цилиндрической части. Дебаланс

5жестко укреплен на валу 30, а последний с возможностью проворачивания установлен в проточных опорах 35 и 36. В нижней опоре 36 торец вала 30 упирается на шаровый подшипник 37. Опоры 35 и 36 жестко соединены втулкой 38. Между опорой 35 и опорой 22 установлена дистанционная втулка 39.

Устройство работает следующим образом.. .

Предварительно на поверхности ориентируемый отклонитель жестко закрепляют с нижней частью корпуса 1 устройства, а метку-плоскости действия отклонителя переносят на наружную поверхность корпуса 1 в верхней его части. Устройство с отклонителем устанавливают в горизонтальное положение и поворачивают по отношению к вертикальной плоскости, проходящей через ось устройства, таким образом, чтобы метка плоскости деистВИЯ отклонителя совпадала с .заданным

углом установки отклонителя. В горизонтальном положении устройства дебаланс 5 занимает свое наиболее устойчивое равновесное положение После этого производят установку и фиксирование на валу 30 диска 28 с секторной заслонкой 4 по отношению к дебалансу 5 таким образом, чтобы кромка ОА пластины 24 (фиг. 3 а) заняла угловое положение по отношени к вертикальной плоскости V с суммарным углом к + 9/2. В данном случае ос - угол установки отклонителя по отношению к апсидальной плоскости скважины, 6 - угол сектора, ограничивающего диаметр отверстия 16, угол, заключенный между кромками ОА и ОБ пластины 24 секторной заслонки 4. Направление ДО соответствует заданному углу установки отклонителя. Устройство с отклонителем устанавливают непосредственно над турбобуром в бурильной колонне, которая в верхней части (фиг. 4а) посредством ведущей трубы 40 размещена в подвижной части ротора 41 и может проворачиваться по отношению к неподвижной части 42 стола ротора буровой установки.

Производят спуск бурильной колонны к забою скважины и начинают бурение с достижением расчетныхрежимных параметров. На неподвижной части 42 ротора условно проводят линию, опРеделяющую исходный азимут Cf относительно меридиальной плоскости С-Ю с установкой соответствующей метки F. Медленно вращают ротор вправо и, наблюдая за показанием манометра в манифольде буровой, находят положение максимального повьш1ения давления, которое отмечают на подвижной части ротора 41 меткой N напротив метки F. В данном случае в устройстве (фиг. За) отверстие 16 на основании 25, проворачиваясь, встречает кромку ОА пластины 24, находящейся в неподвижности. При полностью перекрытом отверстии 16 пластиной 24 . давление в манифольде повышается.

При дальнейшем вращении рот.ора вправо с наблюдением за показанием манометра в манифольде находят положение падения давления до номинального значения и отмечают напротив метки F на подвижной части ротора 41 меткой R (фиг. 4а) . При этом угол/5 заключенный между метками R,будет равен сумме углов У и 0 в устройстве. В данном случае в устройстве (фиг. За) отверстие 16, переме щаясь также вправо, выходит из зоны перекрытия пластиной.24 и кромки ОБ, вызьшая падение давления в лини нагнетания буровых насВсов, Далее продолжают вращение ротора вправо с таким расчетом, чтобы метка N по угловой протяженности н6 доходила до метки F с углом 0 (фиг. 4б). Тогда в устройстве отверстие 16 (фиг. Зб) разместится: по отношению к кромке ОА с углом 0/2. При этом отклонитель устанавливается в заданном направлении ДО. Производят фиксацию подвижной части ротора 41, а соответственно и ведущей трубы 40. Повышение давления в манифольде происходит следующим образом (фиг.1 При движении жидкости через шунтирующие отверстия 7, открытое седло 6, пазы 19 с осевым каналом 20 и отверстиями 21, а также отверстие 16 создается незначительный перепад давления. При этом над седлом 6, отверстиями 7 и в зоне пазов 19 образуется зона повьшенного давления, а под перегородкой датчика 2 и ниже - зона пониженного давления. При перекрытии пластиной 24 отверстия 16 из зоны повышенного давления через пазы 19, осевой канал 20 и от верстия 21 указанное давление, попадая под поршень 10, вызывает его перемещение вверх и, следовательно, приводит к перекрытий седла 6 клапаном 18. Полное перекрытие седла 6 клапаном 18 приводит к резкому 1овьш1ению давления над перегородкой 1,атчика 2, а следовательно, и в машфольде буровой. Одновременно проюрциональное повышение давлений по Юршнем 10 вызывает увеличение усилия на штоке 11, значительно превышая возросшую реакцию клапана 18 пр полном перекрытии седла 6. При открытии отверстия 16 пластиной 24 давление в камере 14 гидроусилителя 3 падает и результирующее усилие изменяет знак, открывая клапан 18 за счет гидродинамического напора жидкости. Клапан 18 возвращается в основное открытое состо ние, и давление в манифолъде падает ил номинального . При проводке наклонно направленной скважины в одной плоск ости или же при удержании известного направления для углубления ствола скважины направление ДО, проходящее через ось отверстия 16, будет стабильным и равным б/2 по отношению к направлению кромки ОА пластины 24 (фиг.Зб), При необходимости изменения направления ствола скважины, например, в связи с увеличением азимута установленный отклонитель в заданном направлении будет формировать ствол в процессе углубления скважины с изменением положения апсидальной плоскости пропорционально пространст. венному углу искривления скважины. При этом дебаланс 5 устройства, стремящийся занять положение апсидальной плоскости, будет смещать положение пластины 24 вправо, т.е. по часовой стрелке по отношению к отверстию 16 гидроусилителя жестко связанного с отклонителем. Угол смещения ь (фиг. Зв) между новым положением ,. кромки ОА пластины 24 и ее первоначальным положением (фиг.Зб) определит новое текущее пространственное положение апсидальной плоскости ствола скважины. На дневной поверхности угол Т определится как уголЛС (фиг.4в), равный или близкий ему по значению путем доворота ротора от исходного положения (фиг. 46) вправо. Вращение ротора производят до момента повьш1ения давления в манифольде, отметив это (фиг. 4в) на неподвижной части ротора 42 меткой К напротив метки N. Такое положение Метки К должно сохраняться и в момент понижения давления до номинального значения напротив метки R, Новое направление азимута t будет получено смещением против часовой стрелки направления ОК на величину угла б . Таким образом устройство дает возможность осуществлять контроль текуищ-к. значений изменения пространственного угла скважины при известных начальных параметрах кривизны ствола. Повышение точности ориентирования отклонителя при проводке ствола скважины в одной плоскости может быть достигнуто при увеличении угла у пластины 24 секторной заслонки 4 3.0 значения 360° - 6 . В данном случае заслонку 4 ориентируют по отношению к направлению ДО таким образом чтобы последнее проходило по биссектрисе угла 360° - у , т.е. равного б (между кромками ОА и ОБ пластины 24) По сигналу установки отклонителя в заданном направлении непосредствен но контролируют его положение в процессе бурения безОсуществления дополнительного полуоборота подвижной части ротора и косвенного контроля его положения. Формулаизобретения Устройство для ориентирования отклонителя в наклонной скважине, включающее корпусj внутри которого соосно размещены вал дебаланса, установленный в проточных опорах, гидроусилитель, выполненный в виде гидроцилиндра с поршнем, рабочим клапаном и управляющим клапаном, седло которого размещено эксцентрично в основании гидроцилиндра, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности и ускорения процесса ориентирования, оно снабжено диском, установленным на валу дебаланса с возможностью noBopota и жесткой фиксации относительно дебаланса, а управляющий клапан вьшолнен в виде секторной заслонки, которая установлена на диске с возможностью осевого перемещения и подпружинена относительно основания гидроцилиндра.

(jOi/s, 2.