Индикатор направления искривления наклонных скважин Советский патент 1988 года по МПК E21B47/22 

16

(Л

со со

СП

00

Фиг.2.

положенных в хвостовике. На торцовых поверхностях К 18 и Ш 15 выполнены рельефные метки. Индикатор имеет корпус, к которому подвешен несбалансированный экран на гибком тросе с возможностью продольного люфта относительно подшипниковых апор. Между тросом и корпусом размещен упругий элемент в виде пружины. Кулачковый механизм имеет кулачки пространственного типа, выполненные в теле Ш 15 в виде двух диаметрально противоположных винтовых шлицов, и коромысло-толкатель - в виде втулки 20 с двумя боковыми диаметрально противоположными отверстиями. В последние свободно посажены сферические элементы в виде шаров 21. Втулка

20 установлена на Ш 15 коаксиально с К 18 и взаимодействует с кулачками. На втулке 20 размещено храповое .колесо 23 храпового механизма, а собачка его укреплена в основании К 18 и взаимодействует с колесом 23. Кол-во замеров за один спуск индикатора в скважину определяется кол-вом меток-спутников, последовательно отпечатываемых на экране, до совершения полного оборота К 18 вокруг Ш 15. За полный оборот К 18 1этносительно Ш 15 можно провести восемь отпечатков, т.е. восемь точек замера искривления. Уменьшив угол поворота К 18, можно увеличить кол-во точек замера искривления в два и более раз. 3 з. п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области бурения. Цель изобретения - повышение точности, надежности работы и увеличение кол-ва замеров искривления за один спуск в скважину. Для этого индикатор содержит штырь (Ш) 15 .хвостовика и колпак (К) 18, которые установлены коаксиально и имеют ограничитель поворота колпака относительно Ш 15 в сторону на определенный угол. Ограничитель выполнен в виде кулачкового и храпового ме.ханизмов, рас

1

Изобретение относится к бурению и может быть использовано для определения искусственных или естественных искривлений скважин.

Цель изобретения - повышение точности, надежности работы и увеличение коли- .чества замеров искривления за один спуск в скважину.

На фиг. 1 приведен индикатор направления искривления, общий вид; на фиг. 2 - хвостовик шарнира, обший вид; на фиг. 3 - вид А на фиг. 2; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 2; на фиг. 6 - сечение экрана в момент взаимодействия с хвостовиком; на фиг. 7 - вид Г на фиг. 6.

Индикатор направления искривления наклонных скважин (фиг. 1) включает установленные в колонне бурильных труб (не показаны) два соединенных шарниром 1 узла, в одно из которых (ведущем узле а) соосно с ним закреплен на шаровой пяте шарнира 1 хвостовик 2. В корпусе 3 другого узла (ведомого узла б) соосно с ним размещен регистратор в виде поршня 4 с осевым каналом в. Поршень 4 подпружинен относительно корпуса 3 пружиной 5, которая ограничена опорной шайбой 6. На поршне 4 жестко закреплена камера 7, в полости которой имеется эксцентрично расположенный груз 8 с жестко закрепленным на нем экраном 9, который вследствие эксцентрично смещенной массы груза 8 является несбалансированным экраном. Несба- лансированньш экран 9, так же как и регистратор (подпружиненный поршень 4), размещен соосно в корпусе 3 и установлен с возможностью вращения в подшипниковых опорах 10 груза 8 относительно регистратора. В рабочем положении несбалансированный экран 9 подвешен к корпусу 3 в верхней его части на гибком тросе 11 с возможностью продольного люфта относительно

подшипниковых опор 10. Между гибким тросом 11 и корпусом размещен упругий элемент в виде, например, пружины 12, которая вместе с тросо.м 11 крепится на кронштейне 13 переходника 14, служащеQ го для соединения индикатора с бурильной колонной. В нижней части троса 11, проходя по осевому каналу в, крепится к цапфе груз 8.

Хвостовик (фиг. 2) имеет штырь 15 с иглой 16 и подпружиненный относительно

5 штыря 15 пружиной 17 колпак 18. Игла 16, которая в исходном положении находится на уровне торца колпака 18, жестко закреплена по оси штыря 15 в его торцовой части с помощью штифта 19. Штырь 15

Q хвостовика и колпак 18 установлены коаксиально и имеют ограничитель поворота колпака 18 относительно штыря 15 в одну сторону на определенный угол.

Ограничитель поворота колпака 18 относительно штыря 15 выполнен в виде кулачкового и храпового механизмов, расположенных в хвостовике. Кулачковый мех.анизм имеет кулачки пространственного типа, выполненные в теле штыря 15 в виде двух диаметрально противоположных винтовых шлиQ цов г (фиг. 2). Кроме того, кулачковый механизм имеет коромысло-толкатель в виде втулки 20 с двумя боковыми диаметрально противоположными отверстиями, в которых свободно посажены сферические элементы в виде шаров 21 (фиг. 4). Втулка

5 20 установлена коаксиально с колпаком 18 на щтыре 15 хвостовика с возможностью

5

взаимодействия с кулачками в виде шлицев Г через шары 21. С внешней стороны шары 21 ограничены штифтами 22.

Храповой механизм имеет храповое колесо 23, размешенное на втулке 20, и собачку 24 (фиг. 5), закрепленную в основании колпака 18 с возможностью взаимодействия с храповым колесом 23. Выполненный таким образом храповой механизм закрыт крышкой 25 и через подшипники скольжения 26 подпружин ен пружиной 17.

Ведуший узел а (фиг. 1) выполнен, например, в виде обычной колонковой трубы С породоразрушающим инструментом 27.

Экран 9 (фиг. 6) представляет собой эластичное основание 28, покрытое, пластичной пленкой 29, на которой нанесена координатная сетка (фиг. 7), отражаюшая величину углов (в вертикальной и горизонтальных плоскостях) перекоса осей ведущего и ведомого узлов индикатора.

В исходном положении торец колпака 18 опережает по высоте торец штыря 15 на величину не более длины иглы 16. На торцовых поверхностях штыря и колпака выполнены рельефные метки в виде радиальных ребер дне (фиг. 3). В основании штыря 15 (фиг. 2) имеются отверстия ж для прохода промывочной жидкости. При нажатии на колпак 18 последний беспрепятственно движется вдоль штыря 15. При этом втулка 20, являющаяся коромыслом- толкателем кулачкового механизма, повернется относительно штыря вправо на определенный угол, так как этому не будет препятствовать храповой механизм (фиг. 5), т.е. втулка 20 через шары 21 будет взаимодействовать с кулачками пространственного типа в виде винтовых шлицов Г, которые нарезаны на определенную длину.

При движении колпака 18 в обратную сторону под действием сжатой пружины 17 втулка 20, навинчиваясь на геликоидальный штырь 15, поворачивается влево (относительно вида на фиг. 5) и через храповый механизм поворачивает относительно штыря 15 колпак 18. Таким образом, устройство хвостовика 2 (фиг. 1) позволяет при каждом возвратно-поступательном движении колпака 18 поворачивать последний относительно штыря 15 (фиг. 2) на определенный угол ei/ в одну сторону. Угол поворота о. колпака 18 относительно штыря 15 определяется углом наклона винтовых шлицов г и величиной осевого хода колпака относительно штыря.

Индикатор направления искривления наклонных скважин работает следующим образом.

Индикатор на колонне бурильных труб опускают в скважину на глубину замера искривления. При этом он устанавливается так, что ведомый узел б (фиг. 1) находится в интервале с известными координатами

(зенитный и азимутальный углы) скважины, а ведущий узел а в интервале, подле- .жащем контролю.

При достижении интервала кривизны

бурильную колонну с индикатором «встряхивают, т.е. в процессе спуска либо подъема на небольшом интервале колонну резко останавливают. При этом эксцентричный груз 8, подвешенный на тросе 11 и пружине

„ 12, с экраном 9 совершает инерциально- колебательные продольные движения- относительно подшипниковых опор 10, что позволяет избавиться от возможного за- шламовывания цапф груза 8 в опоры и снизить коэффициент трения в этой паре, а в

5 целом увеличить точность установки несбалансированного экрана 9 в апсидальной плоскости скважин даже при малых зенит- ных углах последней (порядка 2-3°).

Установив индикатор на требуемой глуQ бине и произведя операции по уточненной ориентировке экрана, в бурильную колонну подают промывочную жидкость. Наличие в поршне 4 отверстия малого диаметра обе-, печивает образование избыточного давления в полости п ведомого узла, под дей

5 ствием которого вся система (поршень 4. эксцентричный груз 8 с экраном 9) движется вниз до упора в хвостовик 2 (фиг. Г). Двигаясь вниз, экран 9 упирается в торец колпака 18 (фиг. 2), который опускается

Q также вниз до упора экрана в торец штыря 15, при этом игла 16 входит в экран и оставляет на нем метку.

При взаимодействии хвостовика с экраном на его пластичной пленке 29 помимо основной метки, наносимой иглой 16 (фиг. 2),

5 наносятся еще две метки-спутника в виде радиальных рисок (фиг. 7) - отпечатков рельефных меток g и е, выполненных на торцах колпака 18 и штыря 15 (фиг. 3). Причем в исходном положении (при подготовке индикатора) эти метки совмещают

отпечаток 30 (фиг. 7). После производства первого укола подача промывочной жидкости прекращается, поршень 4 под воздействием пружины 5 (фиг. 1) возвращается в ис.ходное положение, отрываясь от хвос5 товика 2. При этом колпак 18 (фиг. 2) хвостовика, освобожденный от контакта с экраном, движется поступательно под воздействием пружины Г/ с одновременным поворотом относительно штыря 15 на угол сХ., как это было описано выше. На фиг. 7 этот

0 угол составляет порядка 45°. Таким образом, при единично.м уколе на пластичной пленке 29 экрана 9 отпечатываются три метки: центральная метка от укола иглы, фиксирующая отклонение оси ведущего узла относительно ведомого, приращения зенитного и азимутального углов скважины на интервале измерения, а также две метки- спутника, образуемые торцом хвостовика и фиксирующие порядковый номер замера искривления по величине угла ос, отсчитываемый в одном направлении. Произведя единичный замер, буровой инструмент совместно с индикатором опускают на глубину для производства следующего замера, и опера- ция повторяется. Причем при необходимости непрерывного контроля искривления на определенном интервале индикатор опускают так, чтобы при последующем замере ведомый узел занял положение ведущего узла в предыдущем замере, т.е. при Ъчеред- ном замере инструмент опускают на глубину, соответствующую длине ведущего узла а (фиг. I).

Количество замеров за один.,спуск индикатора в скважину определяется количест- вом меток-спутников, последовательно отпечатываемых на экране, до совершения полного оборота колпака 18 вокруг штыря 15. Причем это количество зависит от величины угла ос единичного поворота колпака отно- сительно штыря. На фиг. 7 представлено три отпечатка 30, 31 и 32 замеров на пленке экрана (четвертый отпечаток 33 закрыт сечением торца хвостовика). Первый отпечаток 30 произведен при совмещенных радиальных метках-спутниках на торцах кол- пака и штыря, второй отпечаток 31 произведен после поворота метки е на колпаке (фиг. 3) относительно метки g па штыре на угол о (в нашем случае он равен 45°), третий отпечаток 32 произведен при повороте колпака относительно штыря на угол 2 сли т.д. За полный оборот колпака относительно штыря можно произвести восемь отпечатков, т.е. восемь точек замера искривления. Уменьшив угол поворота колпака с можно увеличить количество точек за- мера искривления вдвое и более раз.

После проведения серии замеров можно, не поднимая индикатор па поверхность, произвести углубку скважины на интервал, соответствующий длине ведущего узла а т.е. длине колонковой трубы. Этому .благо- приятствует свободный проход промывочной жидкости по каналу в поршня 4 (фиг. 1) в ведущий узел через отверстия ж (фиг. 2) в основании хвостовика с последующим поступлением на забой. Однако при этом нель- зя прекращать и возобновлять подачу про- мывочной жидкости, чтобы не производить нерегистрируемых замерных меток на экране.

Затем индикатор извлекают из скважины и определяют величину искривления. Рас- стояние, регистрируемое на экране, от метки укола до центра соответствует полному углу искривления нового направления ствола скважины относительно предыдущего, а зеркальное отображение расположения центральной метки на координатной сетке экрана - направлению нового ствола скважины. Повышение точности достигается за счет того, что серия замеров искривления

5 5 г

5

0

0

55

производится уколами одной жестко закрепленной иглы при неизменной величине продольного хода регистратора, ограниченного от избыточного давления на хвостовик, а очередность отпечатков характеризуется нанесением дополнительных меток-спутников, в определенном порядке изменяющих свое положение один относительно другого (при произведении очередного замера с помощью кулачкового и храпового механизмов, вмонтированных в хвостовик. Это повышает надежность работы индикатора и исключает неопределенность контроля, например, при совпадении координат скважины в дъух (или более) смежных точках замера искривления.

Предлагаемый индикатор позволяет увеличить количество замеров за один спуск в скважину, а включение в состав индикатора продольно-вибрационной подвески (гибкий трос, пружина) для чувствительного ориентирующего элемента экрана позволяет производить замеры при малых зенитных углах скважины и в зашламованной среде промывочной жидкости.

Формула изобретения

i -

а

Z7

механизма размещено на втулке, а собачка закреплена в основании колпака с возможностью взаимодействия с храповым колесом.

ВидА

i5

Фаг.З

Фиг4

Фие.5

Фиг.6

В ид Г

31

7о(

Фиг.7