Устройство для бурения вертикальных скважин Советский патент 1990 года по МПК E21B7/10 

Изобретение относится к устройствам для проводки вертикальных скважин и может -быть использовано при вращательном способе бурения с приводом долота от забойного двигателя,

Цель изобретения - повышение точности проводки ствола скважины

На фиг.1 изображено устройство в транспортном положении, общий вид; на фиг,2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - принципиальная схема стабилизатора, установленного над забойным двигателем.

Устройство состоит из центратора 1 и стабилизатора 2, расположенных соответственно над буровым долотом 3 и забойным двигателем 4, и колонны бурильных труб 5. Буровое долото 3 и установленный над ним (Центратор ), забойный двигатель 4, а также колонна бурильных труб 5 представляют собой серийные изделия.

Стабилизатор 2 состоит из полого корпуса 6 с соосно установленным в его полости соплом 7, разделяющим внутреннее пространство на полости 8 и 9 соответственно повышенного давления и разряжения, из парных расположенных в корпусе в, диаметрально- противоположных сторонах центрирующи узлов 10, предназначенных для центрирования верха забойного двигателя 4 при его неустойчивом равновесном состоянии и совпадении его оси с осью скважины, датчиков 11, служащих для выдали управляющего сигнала в узлы обратной 12 и прямой 13 связей, которые пропускают через гидравлическое реле 14 времени к исполнительному уз

0

5

5

0

,Q

55

45

лу 15 повышенное давление или разрежение, цилиндров 16, предназначенных для размещения рабочей жидкости и разделения ее от промывочной жидкости. Гидравлическая связь между элементами стабилизатора 2 осуществляется с использованием трубопроводов 17 и обратных клапанов 18 и 19.

Центрирующие узлы 10 выполнены в виде раздельно расположенных силовых гидроцилиндров и включают в себя цилиндр 20, грибовидный поршень 21 с уплотнениями 22, возвратную пружину 23 и упор 24. Ход поршня 21 определяется разностью радиусов скважин и корпуса 6 стабилизатора 2. Они имеют по одному входу, связанному с полостью 8. Датчики выполнены в виде ра- диально расположенных силовых гидроцилиндров и состоят из поршня 25 с уплотнениями 26 и цилиндром 27, в котором размещены возвратная пружина 28 и грибовидный поршень 29 с уплотнениями 30 и выполнены радиальные каналы 31, из возвратной пружины 32 и упоров 33 и 34, ограничивающих осевое перемещение соответственно поршней 25 и 29, Ход поршня 25 равен ходу поршня 21, а-ход поршня 29 определяется величиной допустимого отклонения оси скважины от вертикали (например 0,5-1,0°), при этом объем вытесненной им жидкости из- цилиндра 2-7 достаточен для срабатывания вначале узлов обратной 12, а затем прямой 13 связей.

Датчики 11 имеют один вход, связанный с полостью 8, и один выход, связанный с одним из входов узлов обратной 12 и прямой 13 связей. Узлы 12

51

обратной связи выполнены н виде ра- диально расположенных силовых гидро- цилиндров и включают в себя жестко связанные между собой поршни 35 и 36 герметизированные соответственно уплотнениями 37 и 38, и вос-вратиую пружину 39, Они имеют по три входа, два из которых связаны с полостями 8 н 9 а третий - с выходом датчт а 11, и один выход9 связанный с входом цилин дра 16.

Узлы 13 прямой связи пыполнены в виде радиально расположенных силовых гидроцилиндров и включают г себя жестко связанные между собой поршни 40-42, герметизированные соответственно уплотнениями 43-45, и возвратную пружину 46, Они имеют четыре входа, один из которых связан с выходим датчика 11, а остальные - с выходом цилиндра 16, расположенного на диаметрально-противоположной стороне, при этом в один из них включен обратный клапан 18 и один выход, связанный с двумя входами гидравлического реле 14 времени.

Гидравлические реле 14 времени выполнены в виде радиально расположенных силовых гидрошшшздров и состоят из поршня 47-с встроенными в него подпружиненным клапаном 48 и уплотнениями 49, поршня 50 с гнездом клапана 51 и уплотнениями 52 клапана 53 с уплотнениями 54 и радиальным отверстием 55. В клапане 53 размещена регулировочная игла 56 с уплотнением 57е Гидравлическое реле 14 времени имеет два входа, связанные с выходом узла 13 прямой связи, при этом в один из них включен обратный клапан 19 и один выход, соединенный с исполнительным узлом 15.

Исполнительные узлы 15 выполнены в виде радиально расположенных силовых гидроцилиндров и включают в себя поршень 58 с уплотнениями 59 и имеет один вход, соединенный с выходом гидравлического реле 14 времени. Ход поршня 57 равен сумме ходов поршней 21 узла 10 центрирования и датчика 11

Цилиндр 16 включает в себя поршен 60 с уплотнениями 61 и имеет один вход, связанный с выходом узла 12 обратной связи,, и один выход, соеди

водам узлам

кромывоинач жидкость, прокачиваема/: буровыми насисамп по колонне ру ритьных труб 5 н запойном дьпгате- лю 4 к забою скваяспны, г.рохслн -ten/:, сопло 7, создает над :тпм чолость 8 повышенного давления, а чол ним по- лссть 9 разрежения8

Давление из полости 8 по трубопро1710

передается к центрирующим

под поршень 21

пр oil сходи т

0

1 водам узлам

0

их выдвижение н центрирование вару..: забойного двигателя 4 относительно скважины, к датчикам 1 юд поршень 25 - происходит их E-L -ишжсн.ге н подготовка к paojTe, к узлу 2 обрятнон связи и через прострлн гъе 1 е-чтд РОи шнями 35 н 36 этого узла к мллиндру 15, где давление ппомпио чгй жидкости тегзз поршень 60 передается лгдкссги, г далее к трем вхопам уэло 13 прямой связи, расположенного Б диаметрально-противоположной стороне, при этом один вход перекрыт клапаном 18f второй расппожок мс-л-ду уплотнениями 4 -1 пороги -,. , : между поршнями 0 и 41. Разрежсн::с из подсети 9 передается по трубопроводам 17 к пространству между нениями 37 поршня 35 узла 12 обратной связи „

Забойный двигатель 4 при отклонении осп скважнш от вертикали под действием собственной силы т тсестп отклоняется в сторону, противополот5 пую отклонению оси скважины, и своей нижней стороной стремится лечь на стенку скважины. Примем, напргмер, что ось скважины отклоняется от сер- тикали больше заданной величины вправо, тогда верх забойного двигателя 4 будет отклоняться влево, при этом утапливаются левые поршень 21 узла 10 центрирования и поршень 29 датчика 115 который вытесняет из цилиндра 27

- хядкость под поршень 36 узла 12 обратной связи и под поршень 42. узла 13 прямой связие

Поршни 35 и 36 узла 12 обратной связи, перемешаясь совместно, одновременно перекрывают вход из полости 8 и открывают вход из полости 9. Разрежение, поступившее из полости 9,, удерживает в исходном положении поршень 60 левого цилиндра 16, а также

0

0

Изобретение относится к бурению. Цель - повышение точности проводки ствола скважины. Устройство состоит из центратора, стабилизатора, долота и забойного двигателя. Стабилизатор включает центрирующие узлы (ЦУ) 10, датчики 11, исполнительные узлы (ИУ) 15, гидроцилиндры 16, гидравлические реле времени 14 с узлами прямой 13 и обратный 12 связи. В полости стабилизатора установлено сопло 7. Каждый датчик 11 гидравлически связан через узел 12, узел 13 и реле 14 с расположенным выше ИУ 15, а также через узел 12 и гидроцилиндр 16 - с расположенными с диаметрально противоположной стороны узлом 13, реле 14 и ИУ 15. Полость стабилизатора над соплом 7 связана с ЦУ 10 и датчиками 11, а под соплом 7 - с узлом 12. В процессе бурения рабочая поверхность ЦУ 10 и датчиков 11 взаимодействует со стенкой скважины. При искривлении скважины верхняя часть устройства смещается от оси ствола в противоположную сторону. При этом рабочий агент от датчика 11, через узлы 12 и 13 и реле 14 поступает в ИУ 15. Расположенный ИУ 15 со стороны искривления скважины блокируется. За счет взаимодействия работающего ИУ 15 со стенкой скважины устройство поворачивается вокруг ЦУ 10. Долото разрушает горную породу преимущественно в противоположном первоначальному искривлению ствола направлении. 3 ил.

ненный с тремя входами узла 13 прямой 55 правые узлы 13 прямой связи, гидравсвязи, расположенного в диаметрально- противоположной стороне

Устройство работает следующим образом.

лическое реле 14 времени и исполнительный узел 15.

Поршень 42 узла 13 прямой связи, перемещаясь совместно с поршнями 40

и 41, сжимает возвратную пружину 46 и открывает расположенньй между уплотнениями 44 поршня 41 вход из правого цилиндра 16, жидкость из кото- рого поступает под поршень 41 - происходит самоблокировка узла 13 прямой связи, и в гидравлическое реле 14 времени под поршень 50, который, перемещаясь до упора, открывает клапан 53, Вслед за этим жидкость перетекает по осевому каналу поршня 50 и осевому каналу поршня 47, перемещая его до упора. Поршень 47 при своем перемещении перекрывает второй вход с включенным в него обратным клапаном 19. Затем жидкость поступает под поршень 58 исполнительного узла 15„

Поршень 58„ выдвигаясь из корпуса 6 стабилизатора 2, упирается в стенку скважины и отклоняет верхнюю часть забойного двигателя 4 в сторону искривления скважины, т.е. вправо, при этом в соответствии с правилом рычага, опорой которого является цен- тратор 1, на буровом долоте 3 создается усилие, компенсирующее отклоняющее усилие горной породы - осуществляется вывод оси скважины в вертикальное положение.

Отклонение верхней части забойного двигателя 4 происходит до срабатывани правого датчика 11 и вслед за этим правого узла 12 обратной связи, при этом одновременно прекращается подача давления в правый цилиндр 16 - прекращается выдвижение поршня 58 лево го исполнительного узла 15 и осуществляется соединение полости 9 разре- жения с входом правого цилиндра 16, поршень 60 которого, возвращаясь в исходное положение, отсасывает рабочую жидкость из-под поршня 58 левого исполнительного узла: осуществляется разблокировка левого узла 13 прямой связи и поршень 50 своим гнездом 51 перекрывает клапан 53 - происходит медленный переток рабочей жидкости через зазор между корпусом клапана 53 и регулировочной иглой 56, радиальное отверстие 55, вход узла 13 прямой связи, отжав обратный клапан 18, до тех пор, пока поршень 47 не откроет второй вход гидравлического perie 14 времени, После этого жидкость, отжав обратный клапан 19, начинает перетекать в правый цилиндр 16 более интенсивно.

Увеличение времени возвращения в исходное положение 38 исполнительного узла 15 необходимо для того, чтобы плоскость забоя под работающим долотом 3 заняла горизонтальное положение, что соответствует вертикальному положению оси скважины.

Если после возвращения поршня 58 исполнительного узла 15 и в исходное положение угол между осью скважины и вертикалью больше допустимого, то производится повторное включение стабилизатора 2 до вывода оси скважины в вертикальное положение.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет вести бурение при оптимальных режимах вертикальных скважин как глубоких, так и сверхглубоких Формула изобретения

Устройство для бурения вертикальны скважин, включающее расположенный над забойным двигателем стабилизатор, содержащий попарно установленные с диаметрально противоположных сторон его корпуса друг под другом исполнительные узлы и датчики, отличающееся тем, что, с целью повышения точности проводки ствола скважины, оно снабжено расположенным в полости корпуса стабилизатора соплом, установленными в корпусе стабилизатора под каждым датчиком центрирующими узлами, расположенными со стороны каждой пары исполнительных узлов и датчиков, гидроцилиндром и гидравлическим реле времени с узлами прямой и обратной связи, причем центрирующие узлы, датчики, исполнительные узлы, гидравлические реле времени и узлы прямой и обратной связи выполнены в виде радиально расположенных силовых гидроцилиндров, каждый датчик гидравлически связан через узлы обратной и прямой связи гидравлического реле времени с расположенным выше исполнительным узлом, а также через узел обратной связи гидравлического реле времени и гидроцилиндр - с расположенными на диаметрально противоположной стороне корпуса стабилизатора узлом прямой связи гидравлического реле времени и исполнительным узлом, полость стабилизатора над соплом гидравлически связана с центрирующими узлами и датчиками, а полость под соплом - с узлами обратной связи гидравлических реле времени.

А-А

Фиг. 2