Устройство для управления компоновкой нижней части бурильной колонны Советский патент 1991 года по МПК E21B7/08 

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для проводки наклонного ствола скважины.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем изменения направления и частоты вращения корпуса,

На фиг.1 схематически изображено устройство для управления компоновкой нижней части бурильной колонны; на фиг.2-5 - средство распределения потока промывочной жидкости устройства, варианты выполнения; на фиг.6 - схема включения устройства в компоновку нижней части бурильной колонны.

Устройство включает в себя вал 1, установленный на нем на подшипниках 2 корпус 3 с опорными элементами 4 на наружной поверхности, узел вращения корпуса 3 и средство распределения потока промывочной жидкости, Опорные элементы 4 имеют вставки 5 из износостойкого материала.

Узел вращения корпуса 3 выполнен в виде героторного механизма. Ротор последнего выполнен за одно целое с валом 1, а статор 6 жестко связан с корпусом 3. Вал 1 выполнен полым и имеет верхние 7 и нижние 8 радиальные отверстия. Героторный механизм снабжен уплотнениями 9. Корпус 3 относительно вала 1 расположен эксцентрично. Вал 1 связан резьбовыми соединениями с переводниками 10. Средство распределения потока промывочной жидкости может быть выполнено в виде подпружиненной относительно вала 1 втулки 11 с диффузором 12 в верхней части и радиальными отверстиями 13 под ним.

В крайнем верхнем положении втулки 11 радиальные отверстия 13 совмещены с верхними отверстиями 7 вала 1. В этом положении втулка 11 удерживается пружиной

14 или элементом 15 из легкоразрушаемого материала,

Средство распределения потока промывочной жидкости может быть выполнено в виде седла 16, расположенного между отверстиями 7 и 8 вала 1, и установленной на нем втулки с воронкой 18, Компоновка нижней ча л бурильной колонны может включать устройства для управления последней, долото 19, бурильные грубы 20,

забойный двигатель 21. В полость бурильных труб 20 сбрасывают шар 22.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Компоновка нижней части бурильной

колонны может включать одно или два устройства. Через переводники 10 вал 1 каждого устройства соединяется с бурильными трубами 20 и долотом 19. Над бурильными трубами 20 устанавливается забойный двкгатель21.

Компоновка нижней части бурильной колонны спускается в наклонную скважину и долото 19 устанавливается на ее забой. По бурильной колонне к забойному двигателю 21 подается промывочная жидкость расходом Q, При протекании промывочной жидкости через диффузор 12 происходит преобразование энергии давления ее потока Q в энергию скоростного напора, При

этом за критическим сечением Б-Б резко понижается давление промывочной жидкостью. В результате этого возникает эжекционный эффект, при котором осуществляется циркуляция промывочной жидкости расходом QI через героторный механизм.

Промывочная жидкость из полости последнего через верхние отверстия 7 вала 1 и радиальные отверстия 13 поступает в полость вала 1, Поступая в расширяющуюся часть втулки 11, энергия потока промывочной жидкости расходом Q+Qi преобразуется в энергию давления,

При достижении фронта волны давления промывочной жидкости до нижних отверстий 8 вала 1 часть промывочной жидкости расходом СИ поступает в полость героторного механизма, герметичность ко- торой обеспечивается уплотнениями 9. При этом статор 6 и связанный с ним корпус 3 вращаются на подшипниках 2. Направление вращения корпуса 3 зависит от геометрии статора 6 и наружной поверхно- сти вала 1.

При вращении корпуса 3 в противоположную направлению вращения долота 19 сторону за счет эксцентриситета е опорные элементы 4, армированные вставками 5 из износостойкого материала, взаимодействуют со стенкой ствола скважины. В результате этого устройство и связанные с ним бурильные трубы 20 и долото 19 смещаются от оси ствола скважины.

Долото 19 разрушает горную породу преимущественно в направлении уменьшения азимута ствола скважины. Для увеличения азимута ствола скважины в полость бурильной колонны сбрасывают шар 22, ко- торый закрывает диффузор 12..

Под действием давления промывочной жидкости элемент 15 разрушается и втулка 11 перемещается в крайнее нижнее положе- ние. Промывочная жидкость через верхние отверстия 7 вала 1 поступает в полость героторного механизма. При этом вращение корпуса 3 совпадает с направлением вращения долота 19.

При дальнейшем углублении скважины ее ствол отклоняется в сторону увеличения азимута. Втулка 11 удерживаться в исходном положении пружиной 14. При расходе Q промывочной жидкости верх- ние отверстия 7 вала 1 и радиальные отверстия 13 втулки 11 совмещены. Часть промывочной жидкости расходом Qi циркулирует через полость героторного механизма. Корпус 3 при этом вращается в противоположную направлению вращения долота 19 сторону. Опорные элементы 4 при вращении корпуса 3 взаимодействуют со стенкой ствола скважины, обесточивая смещение корпуса 3 от оси ствола

скважины, которая в этом случае искривляется в сторону уменьшения азимута.

При увеличении расхода промывочной жидкости на ЛСн ее давление на втулку 11 увеличивается, Последняя перемещается вниз на величину Hi. При этом верхние отверстия 7 вала 1 закрепляются втулкой 11 и промывочная жидкость не поступает в полость героторного механизма, Устройство при таком положении втулки 11 выполняет функцию центратора, корпус которого совершает движение по закону эксцентриситета. Источником такого режима движения является взаимодействие опорных элементов 4 корпуса 3 со стенкой скважины и трение вала 1 со статором 6.

При дальнейшем увеличении расхода промывочной жидкости на величину ACh втулка 11 перемещается в крайнее нижнее положение. Часть промывочной жидкости расходом Оз циркулирует через полость героторного механизма. Корпус 3 вращается в направлении вращения долота 19. Корпус 3, вращаясь по закону эксцентриситета, опорными элементами 4 взаимодействует со стенкой ствола скважины и отклоняет долото 19 в направлении увеличения азимута.

Для регулирования частоты вращения корпуса 3 в процессе бурения применяют устройство, у которого средство регулирования потока промывочной жидкости выполнено в виде седла 16 и втулки 18 с воронкой 12 в верхней части.

Для увеличения расхода проходящей через героторный механизм промывочной жидкости и, соответственно, частоты вращения корпуса 3 в полость бурильной колонны сбрасывается втулка 17. у которой диаметр d2 отверстия меньше диаметра di отверстия седла 16.

Сбрасывая в полость бурильной колонны втулки 17 с различным диаметром отверстия, можно увеличивать частоту вращения корпуса 3. Если закрыть втулку 17 шаром 22, то ЕСЯ промывочная жидкость циркулирует через героторный механизм. Для стабилизации направления ствола скважины в компоновку нижней части бурильной колонны включают два устройства, которые расположены на расчетном расстоянии а одно от другого и имеют противоположное направление вращения корпуса 3. Эксцентриситеты корпусов 3 этих устройств расположены в диаметрально противоположном направлении. Такое положение корпусов 3 обеспечивает их вращение по закону эксцентриситета в про- тивофазе.

Под действием осевой нагрузки Р на корпусе забойного двигателя 21 возникает реакция RT и отклоняющая сила Q на долоте 19, а также реакция RI и R2 на нижнем и верхнем устройствах.

В любой момент времени t Ri и R2 компенсируют друг друга и сила Q на долоте 19 равна нулю.

Формула изобретения 1. Устройство для управления компоновкой нижней части бурильной колонны, включающее вал, установленный на нем на подшипниках корпус с опорными элементами на наружной поверхности и с узлом вращения, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем изменения направления и частоты вращения корпуса, оно снабжено средством распределения потока промывочной жидкости, узел вращения корпуса выполнен в виде героторного механизма, статор и ротор которого связаны с корпусом

и валом соответственно, причем ротор выполнен полым и имеет для гидравлической связи полости героторного механизма с полостью его ротора верхние и нижние

радиальные отверстия, средство распределения потока промывочной жидкости расположено между последними, а корпус относительно вала расположен эксцентрично.

2. Устройство по п.1, от л и ч а ю щ е е- ся тем, что средство распределения потока промывочной жидкости выполнено в виде подпружиненной относительно ротора втулки с диффузором в верхней части и радиальными отверстиями под ним, причем последние в исходном положении втулки совмещены с верхними радиальными отверстиями ротора.

3. Устройство поп.1,отличающеес я тем, что средство распределения потока промывочной жидкости выполнено в виде седла и установленной на нем втулки с воронкой в верхней части,

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для проводки наклонного ствола скважины. Цель - расширение функциональных возможностей путем изменения направления и частоты вращения корпуса. Устройство включает вал 1, корпус 3 с опорными элементами 4,

Фиг 2

1

№

8

%

Y

Фиг.5

фигЛ

Q-Q

Фиг.$

20

19