Устройство для стабилизации азимутального направления бурового снаряда Советский патент 1991 года по МПК E21B7/08 

Изобретение относится к технике бурения наклонно-направленных скважин и предназначено для выправления отклонения ствола от заданного направления.

Цель изобретения - повышение точности стабилизации азимутального направления ствола скважины.

На фиг, 1 приведено устройство для стабилизации направления бурового снаряда; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг, 1; на фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг, 1; на фиг. 6 - сечение Д-Д на фиг, 1; на фиг,

7- сечение Е-Е на фиг, 1; на фиг, 8 - сечение 3-3 на фиг. 6; на фиг. 9 - схема срабатывания стабилизаторов при размещении устройства в исправленном стволе скважины; на фиг. 10 - схема взаимодействия компоновки бурильного инструмента, оснащенного устройством, со стенками ствола скважины, вид И на фиг. 9.

Устройство для стабилизации азимутального направления бурового снаряда включает два стабилизатора: основной стабилизатор 1 и установленный над ним эксцентрично дополнительный стабилизатор 2.

8корпусе 3 основного и корпусе 4 дополнительного стабилизаторов 1 и 2 диаметрально противоположно выполнены пазы, в которых расположены толкатели 5 и 6 и опорные элементы 7 v 8 в виде пластин из эластичного материала. Эксцентричная масса стабилизаторов выполнена в виде шариков 9 и 10. В полости корпуса 3 установлены вал турбобура (не показаны). Гидравлический узел стабилизатора 1 выполнен в виде концентрично ра§мещен- ной на корпусе 3 гильзы 11 с кольцевым поршнем 12, образующим с внутренней поверхностью гильзы 11 и корпуса 3 верхнюю 13 и нижнюю 14 рабочие камеры. Нижняя камера 14 гидравлически связана с полостью корпуса 3 отверстиями 15 и герметизирована уплотнениями 16. Верхняя камера 13 оборудована сальником 17, исключаю

щим попадания в нее образивных частиц. Толкатели 5 имеют ступенчатую конфигурацию, расположены в верхней камере 13 и подпружинены относительно корпуса 3 в

осевом направлении пружинами 18. В кольцевом поршне 12 основного стабилизатора 1 в основании верхней рабочей камеры 13 выполнена полость 19 в виде расположенных V-образно сообщающихся наклонных

призм, боковые ребра которых расположены под углом 20 друг к другу, параллельны торцовой плоскости корпуса 2 и симметрич ны относительно плоскости эксцентриситета (плоскости отклонителя). Шарик 9

размеще ; в полости 19.

Корпус 3 оснащен соединительными резьбами 20 для связи его с компоновкой бурильного инструмента. На верхней муфте

корпуса 3 нанесена установочная метка 21, соответствующая плоскости эксцентриситета (плоскости отклонителя),

Гидравлический узел дополнительного

стабилизатора 2 выполнен в виде двух плунжеров 22 с уплотнениями 23, которые расположены над толкателями 6 в камерах 24, которые выполнены в корпусе 4 и гидравлически связаны с его внутренней полостью отверстиями 25. Толкатели 6 стабилизатора

2 снабжены упорами 26, которые размещены в карманах 27. Карманы 27 выпопнены в корпусе 4 в виде радиально направленных А-образно расположенных призм, боковые ребра которых расположены под углом 20

друг к другу, параллельны торцовой плоскости корпуса 4 и симметричны относительно плоскости эксцентриситета (плоскости отклонителя). Полости карманов 27 сообщены с пазами, в которых перемещаются толкатели 6. Шарики 10 размещены в карманах 27 с возможностью радиального перемещения. Верхняя-соединительная резьба 28 выполнена эксцентрично относительно оси корпуса 4. Величина смещения осей составляет Ј , з направление эксцентриситета отмечено установочной меткой 29 на верхнем и нижнем концах корпуса А.

Стабилизатор 2 оснащен установочным переводником 30, на котором имеется цилиндрическая упорная резьба 31 для соединения с корпусом 4, уплотнениями 32, регулировочными кольцами 33 и шкалой 34.

Стабилизатор 2 оснащен зтулкой (не показана) для соединения резьбой 35 секций роторного вала забойного двигателя 36. Втулка установлена на радиальных опорах в полости корпуса 4.

Устройство для стабилизации азимутального направления бурового снаряда работает следующим образом.

При помощи соединительных резьб 13 и установочного переводника 30 последовательно собирают компоновку (фиг. 10): долото 37. стабилизатор 1, забойный двигатель 36, стабилизатор 2. Сборка производится ориентированно, так,чтобы установочные метки 21 и 29 находились на одной образующей компоновки. Это достигается подбором толщины регулировочных колец 33 с использованием шкалы 34 на установочном переводнике 30. Далее спускают компоновку с расстопоренным крюком в скважину до забоя. Расстопоренный крюк талевого бло-. ка (не показан) обеспечивает свободное вращение и самоориентирование устройства в наклонном стволе.

Если ствол скважины имеет плоское искривление, т.е. азимут скважины не меняется, то устройство располагается в стволе симметрично относительно алсидальной плоскости (фиг. 3-6) за счет того, что вес бурильного инструмента, приложенный к точке 02, больше, чем вес компоновки со стабилизаторами, центр тяжести которой, находится сверху в точке Oi.

Положение шариков 9 и 10 в полости 19 и в карманах 27 при этом симметрично относительно плоскости отклонителя, которая совпадает с апсидальной плоскостью ствола скважины.

При включении бурового насоса (не показан) кольцевой поршень 12 и плунжеры 22 воздействуют на толкатели 5 и 6, но опорные элементы 7 и 8 не сжимаются, так как в стабилизаторе 1 шарик 9 находится посредине между нижними торцами толкателей 5 и при перемещении кольцевого поршня 12 вверх толкатели 5 свободно входят в полость 19, не передавая усилие сжатия на опорные элементы 7, а в стабилизаторе 2 сжатию (включению) опорных элементов 8 препятствуют шарики 10, находящиеся под упорами 26 толкателей б в нижних торцах карманов 27 (фиг. 7).

При пространственном искривлении ствола скважины, например при увеличивающемся азимуте (фиг. 9 и 10) центр тяжести

0 компоновки смещается вправо относительно центра тяжести бурильного инструмента за счет эксцентриситета. Так как бурильный инструмент спускают с расстопоренным крюком, и силы трения о стенки скважины

5 не оказывают влияния на ориентирования эксцентричной конструкции, то происходит поворот компоновки на угол # , который определяется из геометрических построений (фиг. 9 и 10) по формуле

arrglnLsin±Ag {1)

Y28v

где ± А - изменение азимута скважины нз участке ствола длиной L, рад;

L - длина компоновки, м; Б - эксцентриситет, м,

Так как угол А мал, то формулу (1) можно записать в виде

г arcsin ±

LAp 2е

(2)

причем знак + соответствует росту, а знак - -- уменьшению азимута скважины.

Если угол поворота компоновки t/J больше угла 0 , то устройство корректирует отклонение ствола скважины от проектного

азимута, а именно включаются ; опорные элементы 8 у верхнего стабилизатора 2 - правый элемент у нижнего стабилизатора 1 - левый опорный элемент 7 (фиг 9). Это происходит следующим образом.

при включении бурового насоса кольцевой поршень 12 перемещается вверх под действием давления в нижней камере 14. Шарик 9 занимает правое (на фиг. 9) положение в цоколе 19, Кольцевой поршень 12,

воздействуя через шарик 9 и толкатель 5, расположенный справа, на опорный элемент 7, вызывает пластическую деформацию последнего и увеличение выступа, который создает боковое усилие F, направленное в сторону отклонения ствола от проектного азимута. На долоте 37 возникает противоположно направленное усилие В, корректирующее азимут.

Верхний стабилизатор 2 создает боковое отклоняющее усилие G, направленное в левую сторону (фиг. 9), так как включенным оказывается левый опорный элемент 8, причем опорный элемент, расположенный справа, выключен, так как правый шарик 10 занимает нижнее положение в кармане 27 и препятствует перемещению упора 26 вниз под действием плунжера 22. Левый же опорный элемент 8 включен, так

как левый шарик 10 оказывается в ближнем

к центру корпуса 4 конце кармана 27 и не препятствует перемещению толкателя 6.

Если азимут скважины уменьшается, то картина выглядит симметрично изображенной на фиг. 9 и 10.

При выключении бурового насоса, например перед очередным наращиванием бурильного инструмента, плунжеры 22 и кольцевой поршень 12 возвращаются в исходное положение под действием сил упругости элементов 8 и пружин 18, Шарики 9 и 10 освобождаются от зажима, устройство принимает транспортное положение.

После наращивания бурильного инструмента процесс повторяется, причем направление отклоняющего воздействия на долото 37 всегда противоположно возникшему от заданного азимутального направления.

Используют компоновку со стабилизаторами, включающую допото Ш2 15,9 МЗ-ГВ, наддолотный калибратор 5К-214, шпиндель 195, основной .стабилизатор 1, турбобур ЗТСШ-1№195 - 2 секции, дополнительный стабилизатор с эксцентриситетом е 8,5 мм, УГБ-178 - 12 и бурильный инструмент ТВПВ-127 X 9 - остальное.

Конструктивное решение позволяет повысить точность стабилизации азимутального направления ствола скважины, что обеспечивает сокращение числа рейсов турбинным отклонителем для корректирований азимута скважины при естественном искривлении ствола.

Формула изобрэтения Устройство для стабилизации азимутального направления бурового снаряда, содержащее корпус основного стабилизатора с опорными элементами в веде пластин из эластичного материала и эксцентричной массы в виде шарика, установленный в полости корпуса вал, гидравлический узе, в виде концентрически размещенной на корпусе гильзы с кольцевым поршнем, образующим с внутренней поверхностью гильзы и корпуса верхнюю и нижнюю рабочие камеры, последняя из которых гидравлически связана с полостью корпуса, и подпружиненные относительно корпуса в осевом направлении толкатели, установленные в верхней рабочей камере, отличающее- С я тем, что, с целью повышения точности стабилизации азимутального направления

ствола скважины, оно снабжено установленным эксцентрично над основным стабилизаторомдополнительнымстабилизатором с гидравлическим узлом, шариками, толкателями и опорными элементами а виде пластин из эластичного материала, при этом толкатели и опорные элементы основного и дополнительного стабилизаторов размещены в продольных пазах, которые выполнены диаметрально

противоположно в корпусе каждого стабилизатора, а в кольцевом поршне основного стабилизатора в основании верхней рабочей камеры выполнена полость в виде расположенных V-образно сообщающихся

наклонных призм, боковые ребра которых параллельны торцовой плоскости корпус л симметричны относительно плоскости эксцентриситета, а шарик размещен в полости, причем гидравлический узел дополнительного стабилизатора выполнен в виде двух плунжеров, расположенных над толкателями в камерах, которые выполнены в корпусе и гидравлически связаны с его внутренней полостью, кроме того, толкатели дополнительного стабилизатора снабжены упорами, которые размещены в карманах, зыполнен- ных в его корпусе в виде радиально нзправленных А-образно расположенных призм, боковые ребра которых параллельны торцовой плоскости корпуса и симметричны относительно плоскости эксцентриситета, а шарики дополнительного -стабилизатора размещены в карманах с возможностью радиального перемещений.

Л-Л

Б Б

Изобретение относится к технике бурения наклонно-направленных скважин и позволяет повысить точность стабилизации азимутального направления ствола скважины при отклонении его от заданного направления. Устройство содержит корпус (К) 3 основного стабилизатора(С) 1 и эксцентрично установленный над ним К 4 дополнительного С 2. В продольных пазах КЗ и 4 размещены толкатели 5 и 6 и опорные элементы 7 и 8 в виде пластин из эласт.ичного материала. При этом С 1 и 2 имеют гидравлические узлы. Один из узлов выполнен в виде гильзы 11 с кольцевым поршнем 12, образующим с внутренней поверхностью гильзы 11 и К 3 верхнюю и нижнюю рабочие камеры 13 и 14. Другой гидравлический узел выполнен в виде плунжеров 22, расположенных в камерах 24. Камеры 14 и 24 гидравлически связаны с внутренними полостями соответственно КЗ

Фиг. 2

12

19

Г-Г

Фиг 5

Фиг.З

ФигЛ

л-л

8

27

Е-Е

Фиг.1

ИпсидОАЬна® плоскость

8

Фиг, 8

F

ButJH

ФиаЮ

Ось стдола скдажинь/