Съемная отклоняющая компоновка Советский патент 1991 года по МПК E21B7/08 

Изобретение относится к буровой тех- нике и может быть использовано при проводке направленных скважин снарядами со съемным керноприемником для их искусственного искривления, а также нанесения метки для последующего отбора ориентированного керна.

Цель изобретения - повышение надежности в работе за счет исключения зависания компоновки при бурении дополнительного ствола,

На фиг.1 и 2 изображена съемная отклоняющая компоновка в транспортном и рабочем положениях соответственно, продольный разрез; на фиг.З - сечение А-А на фиг.2; на ф1,г.4 - сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.5 - расчетная схема для определения поперечных размеров съемной отклоняющей компоновки.

Съемная отклоняющая компоновка, установлена в колонковой трубе 1 с коронкой 2 и центраторами 3 и включает составной корпус и полый вал. Составной корпус содержит верхнюю 4 и нижнюю 5 части. С нижней частью 5 корпуса эксцентрично связан патрубок 6. Между последним и верхней частью 4 корпуса размещен распорно-отклоняющий механизм, выполненный в виде взаимодействующих по наклонной поверхности верхнего 7 и нижнего 8 клиньев, снабженных для взаимодействия между собой соответственно пальцами 9 и наклонными пазами 10 ограниченной длины. При этом крайнее нижнее положение пальцев 9 в наклонных пазах 10 соответствует соосному расположению верхней 4 и нижней 5 частей корпуса. Нижняя часть 5 корпуса снабжена стабилизирующим элементом 11, например твердосплавными резцами, для взаимодействия со стенкой ствола скважины. Полый

вал состоит из шлицевого вала 12 и шлице- вой втулки 13, имеющих возможность относительного продольного перемещения, а также промежуточного 14, гибкого 15 и нижнего 16 валов. Части полого вала установлены в корпусе на подшипниках 17 и имеют уплотнения 18 и 19. В верхнем крайнем положении шлицевой вал 12 образует шлице- вое соединение с верхней частью 4 корпуса,

образующее узел 20 блокировки вала и корпуса.

В верхней части 4 имеется защищенная уплотнениями 19 полость 21, а на промежуточном валу установлен поршень 22. Ниже

поршня 22 в промежуточном валу 14 выполнены радиальные отверстия 23 и перемычка 24, служащие для направления потока промывочной жидкости через полость21. Выше поршня 22 в верхней части 4 корпуса выполнено отверстие 25 для сообщения полости 21 с внешней средой.

Нижняя часть вала соединена с породо- разрушающим инструментом 26. При этом наружные диаметры породоразрушающего

инструмента 26 и нижней части 5 корпуса не превышают внутреннего диаметра коронки 2, а диаметр верхней части 4 корпуса соответствует диаметру центраторов 3.

Наружный диаметр патрубка 6 и величина его эксцентриситета относительно нижней части 5 корпуса определяются из соотношений

35

,

d - 2 е do + D - Do ,

О)

гд 1 - наружный диаметр патрубка 6, м;

е- величина эксцентриситета патрубка 40 6 относительно нижней части 5 корпуса, м;

D - наружный диаметр нижней части 5 корпуса по стабилизирующему элементу 11, м;

Do, do - соответственно наружный и внутренний диаметры коронки 2, м.

Шлицевойвал 12 съемной отклоняющей компоновки соединен с узлом 27 передачи нагрузки, который служит для передачи осевого усилия и крутящего момента с колонковой трубы 1 на шлицевой вал 12. Узел передачи нагрузки может быть выполнен в виде механизма защелок, входящего в состав колонкового снаряда со съемным кер- ноприемником.

В верхней части 4 корпуса размещен подшипник 28,а на шлицевом валу 12 с возможностью продольных перемещений относительно вала установлена втулка 29. .

Для спуска и извлечения съемной отклоняющей компоновки узел 27 передачи нагрузки снабжен элементом 30 под овершот 31. При этом в конструкцию овершота должен входить ориентатор.

Съемная отклоняющая компоновка работает следующим образом.

Перед проведением работ колонковая труба 1 приподнимается над забоем и из нее извлекается съемный керноприемник (не показан). На поверхности съемная отклоняющая компоновка соединяется через элемент 30 с овершотом 31, в конструкцию которого входит ориентатор, и взаимно ориентируется с ним. При этом шлицевое соединение узла 20 блокировки вала должно быть замкнуто.

Спуск съемной отклоняющей компоновки производится на овершоте 31 при постоянно замкнутом за счет веса компоновки узле 20 блокировки вала, а под воздействием веса элементов, расположенных ниже распорно-отклоняющего механизма, нижний клин 8 находится в крайнем нижнем положении и связан с верхним клином 7 пальцами 9, находящимися в крайнем нижнем положении в его пазах 10. Этому соответствует соосное расположение верхней 4 и нижней 5 частей корпуса, что обеспечивает ее свободный спуск в скважину через внутренний канал бурильных труб. Так как наружные диаметры породоразрушающего инструмента 26 и нижней части 5 корпуса меньше внутреннего диаметра коронки 2, они свободно проходят через нее при диаметре патрубка 6 (фиг.5), определяемом из условия

d + 2 е do .(2)

Спуск съемной отклоняющей компоновки производится до упора узла 27 передачи

нагрузки в верхний центратор 3, при этом . верхняя часть 4 корпуса устанавливается в центраторах 3, свободно вращаясь в них. Затем производятся ориентирование съемной отклоняющей компоновки и извлечение овершота 31. При этом узел 27 передачи нагрузки блокирует, например, с помощью защелок шлицевой вал 12с колонковой трубой 1. Затем в полость бурильных труб по0 дается промывочная жидкость, которая поступает через полый вал и радиальные отверстия 23 в полость 21. При этом поршень 22 занимает крайнее верхнее поло- женй е. Одновременно перемещаются

5 промежуточный вал 14 и связанные с ним гибкий вал 15, нижний вал 16с породораз- рушающим элементом 26, а также через подшипники 17 нижняя часть 5 корпуса, патрубок 6 и нижний клин 8. Последний, взаи0 модействуя при перемещении вверх с наклонной поверхностью верхнего клина 7, смещается в радиальном направлении до упора породоразрушающего инструмента 26 и стабилизирующего элемента 11 в стен5 ку скважины на величину S (фиг.5), определяемую из выражения

Q

Do -D

(3)

30

Очевидно, что радиальный зазор Z между внутренней поверхностью коронки 2 и патрубком 6 в направлении его перемещения должен позволять данное смещение на величину S, т.е.

Z S

(4)

а так как

40

7 -

2 +Е 2

(5)

45

то из (3), (4) и (5) имеем

d-2e d0+D-D0.

(6)

В противном случае патрубок 6 в рабочем положении устройства контактируете внутренней поверхностью коронки 2, а стабилизиру-, ющие элементы 11 не могут взаимодействовать со стенкой ствола скважины. В результате не обеспечивается необходимая стабилизация корпуса от вращения при за- буривании дополнительного ствола, кроме того, можно повредить патрубок 6 коронкой 2 при ее вращении.

При переводе съемной отклоняющей компоновки из транспортного положения

(фиг.1) в рабочее (фиг.2) гибкий вал 15 частично распрямляется и постоянно находится под действием растягивающего усилия, создаваемого давлением промывочной жидкости на поршень 22. Благодаря этому повышается нагрузочная способность гибкого вала 15 при передаче крутящего момента на породоразрушающий инструмент 26, Не прекращая подачу промь вочной жидкости, компоновка устанавливается на забой скважины. Колонковая труба 1 с узлом 27 передачи нагрузки за счет подвижного соединения шлицеврго вала 12 и шлицевой втулки 13 перемещается вниздо взаимодействия узла 27 передачи нагрузки через втулку 29 и подшипник 28 с верхней частью 4 корпуса. В результате шлицевое соединение узла 20 блокировки вала размыкается, а создаваемая осевая нагрузка передается на забой через корпус. Затем осуществляется вращение бурильной колонны, которое че- рез узел 27 передачи нагрузки и составной вал передается налородоразрушающий инструмент 26, и производится забуривание опережающего дополнительного ствола скважины, эксцентрично расположенного по отношению к основному стволу на длину выступающей за коронку 2 нижней части 5 съемной отклоняющей компоновки. При этом за счет взаимодействия стабилизирующих элементов 11 со стенкой ствола скважины и возможности свободного относительного вращения колонковой трубы 1 и верхней части 4 корпуса предотвращается поворот съемной отклоняющей компоновки в начальный момент забуривания дополнительного ствола скважины. После завершения бурения дополнительного ствола скважины с помощью овершота производятся извлечение съемной отклоняющей компоновки, спуск съемного керноприем- ника (не показан) и разбуривание скважины коронкой 2. При этом за счет создания вызываемого неравномерностью нагружения коронки 2 на забое скважины изгибающего момента производится искривление основного ствола скважины в направлении, про- тивоположном , направлению забуривания дополнительного ствола скважины, указанном вектором V на фиг.4. Одновременно осуществляется отбор керна с нанесенной на него серпообразной меткой (фиг.4).

Регулирование интенсивности искривления основного ствола скважины выполняется изменением длины ее дополнительного ствола, диаметра последнего, а также путем регулирования интенсивности искривления дополнительного ствола скважины за счет изменения диаметрального размера нижней части 5 корпуса.

Размеры компоновки по выражениям (2) и (6) определяются следующим образом.

Например, применительно к компоновкам,буримым снарядами ССК-59 (Do 59,4 мм, do 35,4 мм) диаметр патрубка 6 и величина его эксцентриситета при принятом диаметре нижней части 5 корпуса (D$D0) D 35 мм

определяется из соотношений

d + 2 Е 0,0354 ,(7)

d-2 е 0,0110.(8) Сложив эти неравенства, имеем

2d 0,0464,(9)

или d$23,2 мм. Примем d 22 мм, тогда из выражения (7) имеем

,0134, а из выражения (8)

,0110,

30

или

0,0067 е 0,0055 .

Примем е 0,006 м 6 мм. Таким образом, имеем следующие размеры компоновки: D 35 мм, d 22 мм, е 6 мм.

Формула изобретения Съемная отклоняющая компоновка, включающая корпус, состоящий из верхней

и нижней частей, расположенный между ними патрубок, нижний вал с породоразруша- ющим инструментом, шлицевой вал с узлом передачи нагрузки, расположенный в полости верхней части, и связанный со шлицевым валом полый промежуточный вал, верхний клин, жестко связанный с нижним торцом верхней части корпуса, и нижний клин, связанный с верхним торцом патрубка, отличающаяся тем, что, с целью

повышения надежности в работе за счет исключения ее зависания при бурении дополнительного ствола скважины, она снабжена гибким валом, расположенным между промежуточным и нижним валами, стабилизирующим элементом, установленным на наружной поверхности нижней части корпуса, шлицевой втулкой для связи шлицевого и промежуточного валов и расположенным на последнем поршнем, образующим с верхней частью корпуса герметичную полость, а промежуточный вал выполнен под поршнем с радиальными отверстиями, патрубок жестко связан с нижней частью корпуса и

расположен эксцентрично ее оси, причем в транспортном положении верхняя и нижняя части корпуса расположены по одной оси.

Изобретение относится к буровой технике и м.б. использовано при проводке направленных скважин снарядами со съемным керноприемником. Цель изобретения - повышение надежности работы за счет исключения зависания при бурении дополнительного ствола. Съемная отклоняющая компоновка содержит корпус, патрубок 6, вал с породоразрушающим инструментом 26, узел 27 передачи нагрузки, верхний 7 и

Фиг. 2

А-А

10

ФигЛ