Устройство для направленного бурения Советский патент 1991 года по МПК E21B7/08 

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам для проводки наклонного ствола скважины.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем изменения направления вращения полого ротора.

На фиг. 1 изображено устройство для направленного бурения; на фиг. 2 и 3 - варианты выполнения узла вращения полого ротора устройства; на фиг. 4 - устройство для направленного бурения с клапаном для перекрытия полого ротора в виде втулки в исходном положении; на фиг. 5 - то же, в рабочем положении втулки; на фиг. 6 - схема монтажа устройства; на фиг. 7 и 8 - схема действующих на устройство сил.

Устройство для направленногр бурения включает полый ротор 1, трубчатый корпус 2, переводники 3 и 4, узел вращения полого ротора 1, выполненный в виде осевбй турбины 5, зафиксированной в осевом канале- Б с помощью пружинного кольца 6 и штифтов 7, и реверсивный узел вращения ротора в виде многоступенчатой осевой турбины. Последняя состоит из роторов 8, статоров 9, подпятников 10, дисков 11 пяты, роторных гаек 12, дистанционных втулок 13 и 14, а также соплового аппарата 15. Для перекрытия осевого канала Б полого ротора 1 используют бросовый шар 16 диаметром di. В случае применения в качестве гидравлического узла вращения полого ротора 1 сегнерова колеса 17 устройство оснащается зубчатой втулкой 18. Диаметр бросового шара 19 при этом должен быть меньше диаметра бросового шара 16. Седло под бросовые шары 16 и 19 может быть выполнено в виде воронки В. Клапан для перекрытия осевого канала полого ротора 1 может быть выполнен в виде втулки 20, пружины 21 и поперечной перегородки 22 с отверстиями Е.

Устройство для направленного бурения работает следующим образом (фиг. 1-3).

Устройство устанавливается непосредственно над долотом 23. Промывочная жидкость от бурового насоса с расходом Q поступает в осевой канал Б полого ротора 1.

Проходя через осевую турбину 5, поток Q раскручивает полый ротор 1 до оборотов п при моменте М, причем направление вращения полого ротора 1 соответствует направлению рабочих элементов осевой

турбины 5. После прохождения каналз Б часть жидкости расходом Qa поступает в полость между полым ротором 1 и корпусом 2. Реверсивный узел вращения полого ротора 1, роторы 8 и статоры 9 которого направлены в противоположную рабочим элементам осевой турбины 5 сторону, выполняет функцию многоступенчатого осевого насоса. При этом обеспечивается принудительная подача потока Q2 в зону

пониженного давления промывочной жидкости, расположенную между выходным сечением соплового аппарата 15 и входным сечением осевой турбины 5. Это способствует появлению эжекционного эффекта и

поступлению дополнительного потока в осевой канал Б. Таким образом, поток промывочной жидкости, проходящий через осевую турбину 5, увеличивается, что ведет к увеличению частоты вращения и вращающего момента полого ротора 1.

При использовании в качестве узла привода полого ротора 1 сегнерова колеса 17, расположенного в нижней части последнего, поток Q промывочной жидкости поступает через осевой канал Б, выходит из сегнерова колеса 17, тормозится на зубчатой втулке 18 и поступает а полость переводника 4. За счет торможения промывочной жидкости после выхода из

сегнерова колеса 17 обеспечивается максимальное значение реактивной силы и максимальная частота вращения полого ротора 1. Для изменения направления вращения полого ротора 1 используются бросовые шары

16 и 19. Бросовый шар 16 диаметром di

перекрывает осевой канал 5 полого ротора 1. При этом вся промывочная жидкость поступает к осевой турбине реверсивного узла вращения полого ротора 1. Промывочная жидкость расходом Q, взаимодействуя ., с роторами 8 и статорами У, изменяет направление вращения полого ротора 1. При использовании сегнерова колеса 17 применяют бросовый шар 19, диаметр которого меньше диаметра бросового шара 16.

Устройство для направленного бурения, у которого клапан выполнен в виде втулки 2 (фиг. 4 и 5), работает следующим образом.

При подаче промывочной жидкости расходом Q в осевой канал полого ротора 1 втулка 20 за счет пружины 21 находится в крайнем верхнем положении. При этом вся промывочная жидкость проходит через полый ротор 1. Для изменения направления вращения последнего подачу промывочной жидкости увеличивают на величину ДО. Давление промывочной жидкости на втулку 20 увеличивается и она, сжимая пружину 21, перемещается вниз до упора в поперечную перегородку 22 и закрывает отверстие Е. Промывочная жидкость через зазор между верхним торцом втулки 20 и переводником 3 поступает к реверсивному узлу вращения полого ротора 1. Направление вращения последнего при этом изменяется.

В процессе бурения скважины.на нижнюю часть бурового инструмента, включаю- щего устройство для направленного бурения, действуют следующие силы (фиг. 6): осевая и поперечная реакции Р, G забоя скважины и реакция R в месте касания инструментом стенки ствола скважины. Устройство для направленного бурения можно рассматривать как гироскоп с тремя степенями свободы на подвижном основании (фиг. 7 и 8). Степенями свободы устройства являются следующие независимые перемещения: поворот вокруг оси ОХ - собственное вращение; поворот в плоскости XZ - изменение зенитного угла; поворот в плоскости XY - изменение азимута. Под дейст- вием момента внешних сил, обусловленного поперечной составляющей G реакции забоя скважины, полый ротор 1

вращается вокруг оси 02 со скорое ью (-Л Действие момента внешних сил Мпн вокруг оси OY влечет за собой появление гироскопического момента Mr. вектор которого направлен вдоль оси OY противоположно вектору момента МВн. Как только Мг становится равным Мвн, скорость Q становится нулевой. При этом в процессе углубления скважины изменяется азимут ее ствола.

При вращении полого ротора 1 вокруг оси ОХ против направления движения часовой стрелки (фиг. 7) азимут ствола скважины уменьшается, а при изменении направления вращения полого ротора 1 - увеличивается (фиг. 8).

Формула изобретения 1. Устройство для направленного бурения, включающее трубчатый корпус, установленный в нем полый ротор, расположенный в полости полого ротора узел вращения последнего, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем изменения

направления вращения полого ротора, оно снабжено клапаном для перекрытия полого ротора и реверсивным узлом его вращения, последний выполнен в виде многоступенчатой осевой турбины, роторы и статоры которой жестко связаны с наружной поверхностью полого ротора и внутренней поверхностью корпуса соответственно, а полый ротор выполнен с седлом под клапан.

2. Устройство по п.1,отличаю щеес я тем, что седло выполнено в виде воронки, а в качестве клапана используют бросовый шар.

3. Устройство по п. 1,отличающееся тем, что седло выполнено в видеустанов- ленной в верхней части полого ротора поперечной перегородки с отверстиями, а клапан - в виде подпружиненной относительно полого ротора втулки, установленной над поперечной перегородкой с возможностью перекрытия отверстий последней и зазора между полым ротором и корпусом при нижнем и верхнем положении

соответственно.

Фиг J

Редактор И. Дербзк Заказ 3389

Рм. 7 Составитель В. Родина Техред М.МоргенталКорректор С. Ш ев кун

Тираж

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Q+AQ

Подписное

Изобретение относится к устройствам для проводки наклонного отвала скважины. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем изменения направления вращения полого ротора. Устройство содержит корпус 2, установленный в нем с возможностью вращения полый ротор (ПР) 1, узел вращения последнего, клапан и реверсивный узел вращения ПР 1 в виде многоступенчатой осевой турбины 5, а узел вращения ПР 1 - в виде осевой турбины или сегнерова колеса. Роторы 8 и статоры 9 последней жестко связаны с ПР 1 и корпусом 2 соответственно, а ПР 1 имеет седло под клапан. В качестве клапана может быть использован бросовый шар. В этом случае седло выполнено в виде воронки. Если сед