Компоновка низа бурильной колонны для направленного бурения скважины Советский патент 1989 года по МПК E21B7/08 

(Л

ел

о

О)

о ел

Од

гатель 2 с долотом 3 и размещенный между ними отклонитель. Последний включает вал 4 и концентрично размещенную на нем .с возможностью вращения втулку 5 с ребрами на наружной поверхности. Они располох ены параллельно продольной оси наружной поверхности, и диаметр их описанной окружности равен диаметру долота 3. Продольная ось присоединительной резьбы (ПР) 8 вала 4 к УБТ 1 и продольная ось ПР 10 вала 4 к забойному двигателю 2 расположены в одной плоскости и радиально смещены в противоположном

направлении относительно продольной оси вращения вала 4, Продольная ось ПР 10 вала 4 к забойному двигателю 2 смещена в угловом направлении, и точка 12 пересечения ее с осью вращения вала 4 совпадает с геометрическим центром торца долота З.При включении циркуляции и запуске забойного двигателя 2 реактивный момент пытается развернуть корпус забойного двигателя 2 относительно своей продольной оси и ,следовательно, развернуть вал 4 отклонителя. Этому развороту препятствует втулка 5. 4 ил.

Изобретение относится к оборудованию для бурения скважин (С). Цель - обеспечение автоматического ориентирования отклонителя в апсидальной плоскости искривленной С в направлении, противоположном азимуту ствола, повышение точности исправленного бурения за счет исключения влияния реактивного момента забойного двигателя на азимутальную установку отклонителя. Компоновка паза бурильной колонны включает утяжеленные бурильные трубы (УБТ) 1, забойный двигатель 2 с долотом 3 и размещенный между ними отклонитель. Последний включает вал 4 и концентрично размещенную на нем с возможностью вращения втулку 5 с ребрами на наружной поверхности. Они расположены параллельно продольной оси наружной поверхности, и диаметр их описанной окружности равен диаметру долота 3. Продольная ось присоединительной резьбы (ПР) 8 вала 4 к УБТ 1 и продольная ось ПР 10 вала 4 к забойному двигателю 2 расположены в одной плоскости и радиально смещены в противоположном направлении относительно продольной оси вращения вала 4. Продольная ось ПР 10 вала 4 к забойному двигателю 2 смещена в угловом направлении, и точка 12 пересечения ее с осью вращения вала 4 совпадает с геометрическим центром торца долота 3. При включении циркуляции и запуске забойного двигателя 2 реактивный момент пытается развернуть корпус забойного двигателя 2 относительно своей продольной оси, и следовательно, развернуть вал 4 отклонителя. Этому развороту препятствует втулка 5. 4 ил.

Изобретение относится к бурению скважин, la именно к техническим средствам для уменьшения зенитного угла участка ствола искривленной скважины при бурении забойным двигателем, и предназначено для проводки верти- кальных сверхглубоких скважин.

Цель изобретения - обеспечение автоматического ориентирования отклонителя в апсидальной плоскости искривленной скважины в направлении, противоположном азимуту ствола, и по вышение точности направленного бурения за счет исключения влияния реактивного момента забойного двигателя на азимутальную установку отклонителя.

На фиг,1 показана компоновка низа бурильной колонны для направленного бурения скважины, общий вид; на фиг.2 - - оечение А-А на фиг.1; на фиг.З - отклонитель при установке ег в цилиндрическом стволе скважины, поперечный разрез; на фиг.4 - то же, при установке его в кавернозном стволе элипсного сечения, поперечный разрез.

Компоновка низа бурильной колонны для направленного бурения скважины является нижней составной частью бурильной колонны и состоит из утяжеленных бурильных труб 1 (УБТ), забой ного двигателя 2 с долотом 3, размещенного между ними отклонителя, выполненного в виде вала 4 с концентрично размещенной на нем с возможностью вращения втулки 5, имеющей на наружной поверхности ребра 6, расположенные параллельно продольной счси втулки, njiimeM диаметр описанно

5

0 5

30

с

40

0

5

окружности ребер равен диаметру долота 3. Втулка 5 на валу 4 может быть установлена на опорно-радиальных подшипниках качения или скольжения.

Благодаря тому, что отклонитель представлен в виде вала 4 с концентрично размещенной на нем с возможностью вращения втулкой 5, имеющей на наружной поверхности ребра 6, расположенные параллельно продольной оси втулки, описьшаемый диаметр которых равен диаметру долота 3, ось вращения вала совпадает с продольной осью скважины в месте установки отклонителя, т.е. втулка 5 играет роль опор- но-центрирующего элемента, относительно которого компоновка бурильного инструмента может вращаться в скважине.

Продольная ось 7 присоединительной резьбы 8 вала А к утяжеленным бурильным трубам 1 и продольная ось 9 присоединительной резьбы 10 вала 4 к забойному двигателю 2 лежат, в одной плоскости и радиально смещены в противоположном направлении относительно

продольной оси II вращения вала 4, при этом продольная Ось 9 присоединительной резьбы 10 вала 4 к забойному двигателю 2 имеет еще и угловое смещение 0 (0°30 - ) относительно оси 11 вращения вала 4, и точка 12 пересечения ее с осью 11 вращения вала совпадает с геометрическим центром торца долота 3,

Размещение продольных осей присоединительных резьб вала к утяжеленным бурильным трубам и забойному двигателю в одной плоскости с радиальным смещением их в противоположном нлправлении относительно оси вращения вала приводит к тому, что продольные оси забойного двигателя и утяжеленных бурильных труб не совпада ют с осью вращения вала 4, а следовательно, и с продольной осью скважины, В результате такого выполнения при произвольном размещении бурильного инструмента в наклонной скважине и контакте втулки 4 с ее стенками на концах отклонителя из-за действия гравитационных сил возникают противо- поло.жно-направленн1)1е относительно оси вращения моменты силы тяжести, стремящиеся развернуть компоновку относительно ее опоры (втулки 5) в положение устойчивого равновесия.

Массу УБТ, забойного двигателя, плечо эксцентричных смещений масс выбирают таким образом, чтобы момент сил, создаваемый весом УБТ, над от- клонителем был больше момента сил под ним, создаваемого весом забойного двигателя 2, А так как момент сил тяжести, создаваемый весом утяжеленных бурильных труб, над отклонителем будет превышать момент сил тяжести под ним, создаваемый весом забойного двигателя, то компоновка занимает положение устойчивого равновесия при размещении продольных осей УБТ, забойного двигателя 3 и вала 4 в апси- дальиой плоскости,

В процессе спуска такой компоновки в искривленную скважину происходит автоматическое ориентирование утяжеленных бурильных труб и забойного двигателя (их продольных осей) в апси- дальной плоскости искривленной сква- жимы, причем ось утяжеленных бурильных труб 1 смещена к лежачей (нижней) стенке скважины, а ось забойного двигателя 2 - противоположной (верхней). Данное расположение компоновки низа бурильной колонны в стволе искривленной скважины находится в положении устойчивого равновесия и в таком виде спускается до забоя.

Для установки долота 3 в направлении против кривизны при нахождении компоновки в положении устойчивого авновесия, а также для улучшения ее письтаемости в скважину при cnycice нструмента необходимо соответственно ассчитать геометрические размеры абойного двигателя 2 (длину и диаетр) и угловое смещение продольной си присоединительной резьбы 8 вала

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

4 таким образом, чтоОы точка пересечения продольной оси забойного двигателя с осью вращения втулки 5 совпадала с геометрическим центром торца долота.

Выполнение продольной оси присоединительной резьбы 8 вала 4 к забойному двигателю 2 с угловым смещением и совмещение точки пересечения ее и оси вращения втулки с геометрическим центром торца долота обеспечивает автоматическое ориентирование долота в апсигальной плоскости в направлении, противоположном азимуту искривленного ствола скважины, т,е, компоновка работает против набора кривизны.

При запуске забойного двигателя появляется из-за возникновения реактивного момента дополнительная возмущающая сила, стремящаяся развернуть корпус двигателя, а следовательно, и компоновку вокруг оси забойного двигателя. Однако, .благодаря выполнению продольной оси присоединительной резьбы 8 вала 4 с забойным двигателем с радиальным смещением относительно оси вала, этот момент будет гаситься при контакте со стенкой скважины рабочей поверхностью втулки, концент- рично размещенной на валу. Этим достигается исключение влияния реактивного момента забойного двигателя на азимутальную установку отклонителя, что повьппает точность направленного бурения.

Устройство работает следующим образом,

процессе спуска бурильного инструмента на забой скважины забойный двигатель 2 (турбобур) с долотом 3, вал 4 и утяжеленные бурильные трубы

1,благодаря возможности проворота относительно втулки 5 (опорно-центри- рующего элемента) и действия момента сил тяжести из-за эксцентричного размещения УБТ I и забойного двигателя

2,ориентируются в апсидальной плоскости с установкой УБТ по нижней (лежачей) стенке и направленностью , долота против искривления ствола, В таком положении происходит спуск и автоматическая ориентировка его на забое против кривизны.

При включении циркуляции и запуске забойного двиГ;ателя 2 реактивный момент пытаемся развернуть корпус

забойного двигателя относительяо своей продольной оси, и следовательно, развернуть вал 4 отклонителя. Этому развороту препятствует втулка 5, выполненная в размере долота 3, контактирующая со стенками скважины, и, как следствие, разворота отклонителя не происходит. Гашение реактивного момента имеет место как в цилинд- рическом стволе (фиг.З), так и в кавернозном стволе элипсного сечения (фиг,4), т.е. независимо от формы - сечения ствола ориентация откпоните- ля против кривизны сохраняется.

Таким образом, предложенная компоновка низа бурильной колонны для направленного бурения скважины позволяет осуществлять автоматическую установку и фиксацию направления от- клонителя в направлении, противоположном азимуту наклонного ствола независимо от формы его поперечного сечения, изменения давления в гидравлической системе буровой и реактивно- го момента забойного двигателя.

Формула изобретения

Компоновка низа бурильной колонны для направленного бурения скважины, включающая забойный двигатель с долотом, утяжеленные .бурильные трубы и расположенньпЧ между ними отклони- тель, содержащий вал и концентрично размеш.енную на нем с возможностью вращения втулку с ребрами на наружной поверхности, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения автоматического ориентирования откло}штеля в апсидальной плоскости искривленной скважины в направлении, противоположном aaHNryTy ство.ча скважины, и повышения точности направленного бурения за счет исключения влияния реактивного момента забойного двигателя на азимутальную установку отклонителя, продольные оси присоединительных резьб вала к утяжеленным бурильным трубам и забойному двигателю расположены в одной плоскости с осью вращения вала и имеют относительно последней противоположное радиальное смещение, а продольная ось лрисоединнтельной резьбы вала к за бойному двигателю смещена в угловом направлении и точка пересечения ее с осью вращения вала совпадает с геометрическим центром торца долота, причем ребра на наружной поверхности втулки расположены параллельно продольной ее оси, и диаметр их описанной окружности равен диаметру долота

/-//

фиг. г

Фиг.З

11

Фи.4