Устройство ориентирования отклонителя в наклонном стволе скважины Советский патент 1990 года по МПК E21B47/22 

Изобретение относится к технике :наклонно направленного бурения нефте- 1газовых скважин, а именно к устройст- ;вам, ориентирующим направление буре- |ния наклонно направленной скважины. Цель изобретения - повышение точ- |ности и надежности ориентации при {малых зенитных углах. I На фиг. 1 приведено устройство ориентации отклонителяJ на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 при несогласо- ванности положения дебаланса с плоскостью действия отклонения,на фиг.З разрез Б-Б на фиг. 1, на фиг. разрез А-А на фиг. 1 при согласованности равновесия дебаланса с плоское- тью действия отклонения, на фиг. 5 - вразрез Б-Б на фиг. 1 при согласованности равновесия дебаланса с плоскостью действия отклонения.

Устройство содержит герметичную маслонаполненную камеру 1, установленную в силовом корпусе 2 (в качест ве которого использован силовой элемент бурильной колонны) на проточных опорах 3. В верхней части камеры 1 расположен генератор 4 гидроимпульсов, предназначенный для сигнализации на дневную поверхность путем периодического повышения давления при несовпадении положения отклонителя с заданным направлением в процессе ориентирования, а также в процессе бурения. Генератор k представляет собой перегородку круглого сечения с расположенными в диаметральном нап- равлении насадкой S определенного сечения и седлом 6, которое периодически закрывается и открывается, например, при уходе отклонителя от заданного направления и постоянно открыто при положении отклонителя в заданном направлении. Отверстия 7 служат для отвода промывочной жидкости с нижней зоны генератора i гид

оимпульсов в общую циркуляцию бурильной колонны. Запорный элемент генератора k выполнен в виде заслонки 8 с твердосплавной пластиной 9,находится в поджатом состоянии к нижней поверхности перегородки генератора 4 и может вращаться вокруг общей оси устройства.

В герметичной части камеры 1 расположены остальные элементы устройства, причем весь его .объем заполнен техническим маслом с целью полной изоляции их от агрессивного воздействия промывочной жидкости. Внутри камеры 1 в подшипниковых опорах 10 и 11 расположен выходной вал 12. Верхняя опора 10 укреплена в камере 1 крышкой 13. В последней размещена уплотнительная манжета Ik, удерживающаяся в осевом направлении крышкой 15. Манжета 14 герметизирует верхний конец вала 12, на котором установлена заслонка 8.. На нижнем конце вала 12 жестко укреплены подшипник 16 и внутренняя обойма 17 управляемой муфты одностороннего свободного хода. Наружная поверхность обоймы 17 выполнена в виде многогранника, например шестигранника.- На наружной обойме подшипника 1б жестко укреплен диск 18, а по отношению к нему жестко напрессована наружная обойма 19 управляемой муфты. Кли- нящие телд муфты одностороннего свободного хода представляют собой цилиндрические ролики 20, размещающиеся в сепараторе 21, который связан жестко с поводком 22. Спиралеобразная пружина 23 одним концом защемлена на нижнем торце вала 12, а другим концом защемлена поводком 22 и предназначена для введения роликов .20 в клин между обоймой 19 и шестигранной обой мой 17 посредством поводка 22 и сепаратора 21. На торце поводка 22 эксцентрично укреплен упругий элемент в виде следящей пружины 2k со свободным нижним концом. Последний предназначен для взаимодействия с уступо 25 на верхнем торце дебаланса 26. установленного в подшипниковых опора 27 и 28, В нижнем конце камеры 1 приварено основание 29; в центрально части которого установлен приводной вал 30, производящий передачу вращающего момента незначительной величины от забойного двигателя (турбобура) кулисному механизму. Вал 30 герметизирован уплотнением 31, поджатым крышкой 32. Кулисный механизм устройства содержит кулису 33, находящуюся во взаимодействии с водилом ЗА укрепленным на приводном валу 30, и предназначен для преобразовани вращательного движения вала 30 в крутильные колебательные движения кулисы 33. Кулиса 33 установлена на штанге 35, расположенной в опорах Зб и 37. Штанга 35 предназначена для передачи качающего движения кулисы 33 диску 18 посредством зубчатого зацепления. Зубья 38 фрезерованы на образующей диска 18 в секторе по протяженности, обеспечивающей передачу полной амплитуды крутильных колебаний кулисы 33- Зубчатое колесо (шестерня) 39 жестко установлено на штанге 35. Выходной вал 12 и управляемая муфта одностороннего свободного хода, взаимодействующая с уступом 25 дебаланса 26 и кинематически связанная с приводным валом, представляют собой арретирующий механизм .Устройство работает следующим образом.

Предварительно на поверхности ориентируемый отклонитель жестко закрепляют с нижней частью корпуса 2 устройства. В горизонтальном положении устройство с отклонителем сначала поворачивают по отношению к вертикальной плоскости, проходящей через ось устройства так, чтобы метка плоскости действия отклонителя совпадала с заданным углом установки отклонителя. После этого камеру 1 проворачивают в корпусе 2-до момента, при котором дебаланс 26 станет в нейтральное положение, т.е. его центр тяжести и опоры 27 и 28 окажутся в вертикальной плоскости. В этом случае для удобства контроля нейт601363 -

рального положения дебаланса 26 необходимо провернуть камеру 7 в положение, чтобы насадка 5 и седло 6 находились в вертикальной плоскости, причем насадка 5 должна находить- ся выше седла 6. Устройство с отклонителем устанавливают непосредствен- но над забойным двигателем, причем

0 при свинчивании замковой резьбы одновременно сочленяется приводной вал 30 с валом забойного двигателя в верхней его части известным приемом. Производят спуск бурильной колон15 ны к забою скважины и начинают бурение с достижением расчетных режимных параметров. Медленно вращают ротор вправо и наблюдают за показанием манометра в манифольде буровой.

20 Случай наличия периодического изменения давления от номинального значения означает несовпадение отклонителя с заданным направлением. При этом в устройстве происходит смеще25 ние дебаланса 2б и соответственно уступа 25 с нейтрального положения. Вал 30, вращаясь от вала турбобура, приводит во вращательное движение водило 3 оно, в свою очередь, в

30 колебательное движение кулису 33. Последняя посредством штанги 35. шестерни 39, зубьев 38 сообщает диску 18 и, соответственно, наружной обойме 19 управляемой муфты также крутильные движения. Благодаря отсутствию противодействия спиралеобразной пружины 23 со стороны следящей пружины 2k поводок 22 посредством сепаратора 21 способствует ИостоянАп ному одностороннему поджиму роликов 20 в клин между обоймой 19 и обоймой 17 муфты одностороннего свободного хода. За счет клина роликов 20 обойма 19 передает вращательный момент

45 только одного-направления обойме 17. Силы трения не позволяют вращаться валу 12 в обратном напразле- нии при свободном обратном ходе наружной обоймы 19 управляемой муфты.

50 Таким образом, через каждый цикл качания кулисы 33 происходит поворот обоймы 17, а соответственно, и вала 12с заслонкой 8 на определенный сектор круга, причем величина протяженности сектора зависит от амплитуды, колебания кулисы 33.

Отсутствие противодействия пружине. 23 со стороны следящей пружины 2k обусловлено потерей нейтрал ьного

55

положения дебаланса 26 и смещением уйтупа 25 с траектории 40i перемещения свободного конца пр ужины 2, которая вращается вместе с поводком 22..

Таким образом, при уходе отклони- от заданного направления происхфдит периодическое повышение давления определенной частоты.

При установке отклонителя в заданном направлении давление промы- в4чной жидкости в манифольде соответ ciByeT номинальному значению. -В дан- нфм случае дебаланс 2б занимает нейтральное положение и уступ 25 уста- н;1вливается на траектории 4П движе- Н1|1я свободного конца .следящей пружины 2. При их совместном контакте происходит торможение поводка 22 и тем самым закручивание пружины 23, а э|о, в свою очередь, приостанавлива- ef сепаратор 21 с роликами 20 в сво- бфдном от клина положении. В этом случае обойма 19 не может передавать М|)эмент обойме 1,7 и, соответственно, выходной вал 12 с заслонкой 8 и плас т|1ной 9 останавливаются в определенном положении, при котором седло 6 вЬегда открыто.

; Устройство позволяет достичь высокой точности ориентирования благодаря использованию крайне незначительной энергии для управления муфтой свободного хода.

.Формулаи зобрет ения

Устройство ориентирования откло- ; нителя в наклонном стволе скважиныi содержащее силовой корпус с Каналами для прохода бурового раствора, установленный в корпусе генератор гидроимпульсов с запорным элементом, дебаланс, приводной вал, предназначенный для соединения с валом забой ного двигателя, и арретирующий механизм, связанный с дебалансом, привод- Ным валом и запорным элементом генератора гидроимпульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности ориентации при малых зенитных углах, дебаланс выполнен с уступом, арретирующий механизм выполнен в виде выходного вала, на одном конце которого установлен запорный элемент генератора гидроимпульсов управляемой муфты одностороннего свободного хода,

наружная обойма которой кинематически связана с приводным валом с возможностью совершения крутильных колебательных движений, а сепаратор управляемой муфты выполнен с упругим элементом, предназначенным для взаимодействия с уступом дебаланса, а устройство снабжено установленной в силовом корпусе герметичной маслона- полненной камерой, при этом арретирующий механизм и дебалаис размещены в этой камере.

Изобретение относится к наклонно направленному бурению нефтегазовых скважин. Цель - повышение точности и надежности ориентации при малых зенитных углах. Для этого дебаланс 26 выполнен с уступом 25, а арретирующий механизм - в виде выходного вала 12. На одном конце вала 12 установлен запорный элемент генератора 4 гидроимпульсов управляемой муфты одностороннего свободного хода. Наружная обойма 19 муфты кинематически связана с приводным валом 30 с возможностью совершения крутильных колебательных движений. Сепаратор 21 управляемой муфты выполнен с упругим элементом, предназначенным для взаимодействия с уступом 25. Устройство имеет установленную в силовом корпусе 2 герметичную маслонаполненную камеру 1, в которой размещен арретирующий механизм и дебаланс 26. При установке отклонителя в заданном направлении давление промывочной жидкости в монифольде соответствует номинальному значению. При этом дебаланс 26 занимает нейтральное положение и уступ 25 устанавливается на траектории движения. 5 ил.

22

19

Физ.2

2Q

27

;2

77

19

Фие,

2

Фиг.З

2«

Фиг.5