Автоматически управляемая бурильная труба для вращающихся буровых штанг буровых станков Советский патент 1992 года по МПК E21B7/08 

Изобретение относится к бурению направленных скважин, а именно к автоматически управляемым вращающимся бурильным ставам,

Известна автоматически управляемая бурильная труба вращающихся буровых штанг буровых станков, включающая внутренний буровой вал с промывочным каналом, связанный с последней буровой штангой вращающегося трубчатого бура и с буровым инструментом, установленный на буровом валу с возможностью поворота вокруг него и образующий с ним герметичную полость корпус, расположенные на нем разворачиваемые наружу управляющие

планки с поршневыми приводами, располо- женные в полости между валом и корпусом измерительные и контрольные приборы, гидронасос с приводом от бурового вала, электрогенератор, содержащий ротор, неподвижно связанный с буровым валом, импульсный датчик давления, содержащий расположенный в радиальных каналах бурового вала подвижный поршень и уплотнения, установленные на концах корпуса в радиальном зазоре между торцовыми поверхностями корпуса и бурового вала

Данная конструкция этих уплотнений из-за множества своих конструктивных эле

00

о- ел XI

| |&

ментов является дорогостоящей и ненадежной. Кроме того, герметизирующего давления ротационных уплотнений недостаточно для высоких давлений промывочного бурового раствора, которые возникают в глубоких скважинах, при углублении их на несколько сотен или даже тысяч метров. Последовательно герметизирующие кольца ротационных подшипн иков должны быть изолированы Однако уже при небольших углублениях образуется клин смазочной жидкости между этими трущимися друг о друга поверхностями ротационных уплотнений. Даже при самой тщательной установке буровой вал и корпус выполняют радиальные движения, которые действуют также на поверхности ротационных уплотнений взаимно уплотняющие и снабженные смазочным средством

Благодаря этому мельчайшая буровая мелочь из промывочного бурового раствора затягивается в упомянутую часть со смазочным средством. Эти частицы абразивно действуют на полированные, трущиеся друг о друга поверхности ротационного уплотнения. В результате это приводит к тому, что частицы буровой мелочи попадают между буровым валом и корпусом. Они за короткое время разрушают подшипник вала, а также генератор, гидронасосы и пластичные уплотнения поворотных конструкций Повреждение или разрушение этих частей особо опасно, поскольку из-за этого могут быть потери масла, служащего рабочей жидкостью, Общее количество имеющегося масла весьма мало, так что уже небольшие потери масла могут вывести из строя всю систему.

Кроме того, загрязнения масла приводят к значительным нарушениям в гидравлических узлах системы.

Если возникают такие нарушения,-то С увеличением глубины они происходят во все более короткие промежутки времени. Они могут быть устранены только в демонтированном устройстве. Это предусматривает выведение всей трубчатой буровой штанги из скважины. Время, затраченное на выведение и на повторное введение трубчатой буровой штанги, приводит к простою в том случае, если оно по своей частоте не совпадает с временем, требующимся для замены использованного бурового инструмента,

Целью изобретения является повышение срока службы бурильной трубы за счет уменьшения элементов оборудования

На фиг.1 схематически показана автоматически управляемая бурильная труба, общий вид: на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг,1; на фиг.4 система гидравлического управления бурильной трубой

Автоматически управляемая бурильная труба 1 (фиг. 1) для вращающихся буровых

штанг буровых станков имеет буровой вал 2, который может быть посредством резьбовой головки, обычной при бурильных штангах установок для вращательного бурения, привинчена на конец последней бурильной штанги 3

0 вращающегося трубчатого бура Буровой вал 2 имеет промывочный канал 4, доходящий до другого, большего в диаметре, конца 5 вала, во внутреннюю резьбу 6 которого входит резьбовая цапфа (не показана) бурового инс5 трумента, состоящего из нескольких конических роликов с установленными на них резцами из твердого сплава.

Буровой вал имеет радиальное отверстие 7 для связи промывочного канала 4

0 вала с полостью 8 между валом и корпусом 9 на корпусе своими развернутыми ребровыми концами 10(фиг установлены с возможностью поворота U-образные управляющие планки 11-14, расположен5 ные со смещением в каждом случае на четверть круга, Корпус имеет окруженные U-образными профилями управляющих планок 11-14 выступы 15-18, которыми образованы камеры В камере 19 (фиг.1) под

0 защитой -размещено управляющее электронное оборудование автоматического управления В находящейся под ней камере 20 расположены крестообразно ориентированные инклинометры 21, показывающие фак5 тическую величину наклона бурильной штанги в скважине. В расположенной еще ниже камере установлен приводной поршень, связанный с каждой направляющей планкой. Ротор генератора 22, вырабэтыва0 ющего электроэнергию, неподвижно соединен с буровым валом 2 и работает в статоре 23, неподвижно установленном в корпусе. Гидравлический насос 24 размещен в камере межтрубного пространства, а гидравли5 ческий импульсный датчик 25 содержит расположенный в радиальных каналах 26 бурового вала подвижный поршень 27.

На обоих концах межтрубная полость 8 ротационными уплотнениями 28 и 29 герме0 тично изолирована от промывочного бурового раствора, протекающего между корпусом 9 и боковой стенкой 30 буровой скважины. Между обоими ротационными уплотнениями 28 и 29 установлены радиаль5 ные подшипники 31 и 32 бурового вала 2. Грязевой фильтр 33 вмонтирован в радиальное отверстие 7 (на фиг.4 условно показан рядом с отверстием 7),

В гидравлической системе (фиг 4) автоматического управления каждая планка связана с гидравлическим насосом. Она приводится в действие с помощью эксцентрика 34, который неподвижно закреплен на буровом валу 2 и через автономное кольцо 35 подшипника действует на поршень 36 насо- . са. Радиальное отверстие 37 соединяет нагнетательную полость цилиндра насоса с межтрубной полостью 8, в которой находится чистый промывочный буровой раствор.

Возвратные клапаны 38 предохраняют нагнетательную полость насоса. Насос открывает электрически управляемый предварительно подпружиненный 2-3-позиционный перепускной клапан 39, через который нагружаются поршни 40 и 41 привода (фиг. 1), свя- занные с противолежащими управляющими планками в качестве поворотных приводов-. Через защищенный возвратным клапаном байпасный трубопровод 42 предохраняется гидростатическая система.

Пластичные уплотнения 43,44 и 45 поворотных конструкций служат для предохранения обоих гидротрубопроводов 46 и 47, которые нагружают поршнк импульсного датчика. Это происходит через соответстВ ющий клапан 39, 2-3-позиционный перепускной клапан 48, который от пружинного пневматического аккумулятора 49 заполняется чистой пульпой, проводимой через ответвление 50 и перепускной клапан 51 гидравлическим компрессором.

Возвратные клапаны 28 и 29 установлены соответственно в радиальном зазоре 52 и 53 между торцовой поверхностью 54 и 55 корпуса 9 и соответственно торцами 56 и 57 бурового вала 2. При этом каждый клапан выполнен с уплотнительным кольцом 58. предварительно аксиально напряженным с помощью установленной в отверстии 59 нажимной пружины 60, размещенной в пазу 61 корпуса 9. Седлом клапана служит кольцевая поверхность 62 металлического колъ- (да 63, которое неподвижно установлено в каждом торце 56 и 57 бурового вала 2 в выполненном там пазу 64.

Автоматически управляемая бурильная труба работает следующим образом.

Бурильная труба приводится в действие от установленного вне буровой скважины бурового двигателя (станки). Пс мере углуб- ления скважины в полссть бурового вала подается промывочный буровой раствор. Гидравлическое разностное давление, преобладающее между промывочным буровым , раствором е промывном кангле бурового вала и промывочным буровым твором на соответствующем конце корпуса, путем ответвления части потока поступающей пульпы через радиальное отверстие 7 служит для предотвращения проникновения загрязненной пульпы из скважины в межтрубное пространство. В то же время этот перепад давления относительно небольшой, так что перед и позади возвратного клапана, разделяющего чистый промывочный буровой раствор и загрязненный промывочный буровой раствор, также преобладают незначительные разностные давления, что благоприятно влияет на работу клапанов. Межтрубное пространство остается наполненным жидкостью и с этим пространством связана каналом нагнетательная полость гидронасоса, а рабочая его полость через клапаны связана трубопроводами с поршнями привода управляющих планок и торцами поршня импульсного датчика.

В рабочем режиме в соответствии с поступающими от инклинометров 21 сигналами управляющие планки 11-14 разворачиваются и благодаря этому удерживают бурильную трубу 1 в заданном направлении бурения Электронное оборудование преобразует измеренные величины в электрические или гид- равлические сигналы, преобразуемые перепускными клапанами гидравлической системы или принимаемые импульсными датчиками. Импульсный датчик изменяет поперечное сечение промывного канала и тем самым создает в промывочном буровом растворе разностное давление, считываемое в устье скьажины и преобразуемое в цифровые значения.

Трущиеся друг о друга поверхности колец из-за направленного изнутри наружу перепада давления служат в качестве грязе- отводов. Благодаря клиновидной форме щели уплотнения соотношения площадей колец выбраны таким образом,, что кольцевые поверхности от внутреннего давления, преобладающего в межтрубном пространстве, расходятся относительно друг друга как только внутреннее давление становится больше наружного давления. Поэтому промывочный буровой раствор может преодолевать кольцевые поверхности снаружи, однако обратный сток исключен.

Формула изобретений

1 Автоматическая управляемая-буриль- ная труба для вращающихся буровых штанг буровых станков, включающая внутренний буровой вал с промывочным каналом, связанный с последней буровой штангой вращающегося трубчатого бура и с буровым инструментом, установленный нз буровом валу с возможностью поворота вокруг него и образующий с ним герметичную полость корпус, расположенные на нем и разворачиваемые наружу управляющие планки с поршневыми приводами, расположенные в полосги между валом и корпусом измерительные и контрольные приборы гидронасос с приводом от бурового вала электрогенератор, содержащий ротор неподвижно связанный с буровым валом импульсный датчик давления, содержащий расположенный в радиальных каналах бурового вала подвижный поршень и уплотнения, установленные на концах корпуса в радиальном зазоре между торцовыми поверхностями корпуса и бурового вала, отличающач- с я тем, что, с целью повышения срока службы за счет уменьшения элементов оборудования, буровой вал выполнен с радиальным отверстием для связи полости вала с полостью между валом и корпусом нагнетательная полость гидронасоса связана каналом с указанной полостью, а рабочая полость гид0

5

ронасоса через клапаны связана трубопроводами с поршнями привода управляющих планок и торцами поршня импульсного датчика причем уплотнения выполнены в виде возвратных клапанов

2Труба поп 1,отличающаяся тем, что она снабжена фильтром установленным в радиальном отверстии бурового вала.

3Труба по пп 1 и 2, о т л и ч а ю щ а я- с я тем, что возвратные клапаны выполнены в виде предварительно Напряженного кольцевого уплотнительного элемента и седла в виде металлического кольца а торцы вала и корпуса имеют кольцевые проточки для размещения уплотнительного элемента и седла

Изобретение относится к бурению направленных скважин автоматически управляемой бурильной трубой, вращающейся буровыми штангами. Цель изобретения - повышение срока службы бурильной трубы за счет уменьшения элементов оборудования. Автоматически управляемая бурильная труба для вращающихся буровых штанг буровых станков содержит соединяемый с буровой штангой и буровым инструментом буровой вал с промывочным каналом и установленный на буровом валу с возможностью поворота вокруг него корпус, на котором расположены поворачиваемое снаружи управляющие планки, а в межтрубном пространстве размещены элементы гидростатических приводов, действующие на управляющие планки, и управляющее электронное и электрическое оборудование Потребная энергия вырабатывается вращательным движением при процессе бурения. Буровой вал имеет радиальный соединительный элемент для связи промывочного канала бурового вала с межтрубным пространством, а с обоих концов межтрубного пространства установлены ротационные возвратные клапаны. Межтрубное пространство служит резервуаром для рабочей жидкости гидравлической системы, образованной промывочным буровым раствором 2 з п. ф 4 ил сл С

12

18

Я фиг.2 BudS

/) епш

5ft- SH

w4-s

№