Ступенчатая компоновка для направленного бурения скважин в анизотропных наклонно залегающих породах Советский патент 1993 года по МПК E21B7/08 

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для направленного бурения в наклонно-залегающих анизотропных, перемежающихся по твердости породах.

Известна ступенчатая компоновка, включающая опережающую часть, состоящую из забойного двигателя с долотом и калибратором в качестве опорно-центриру- ющего элемента, расширитель и второй калибраУбр ; Установленные над опережающей частью (1).

Наиболее близкой предложенной по технической сущности и достигаемому эффекту является ступенчатая компоновка для направленного бурения скважин в анизотропных наклонно залегающих породах, включающая направляющую штангу с долотом и опорно-центрирующим элементом и расширитель, соединенный с верхним концом направляющей штанги (3).

Однако, данная ступенчатая компоновка при бурении в перемежающихся по твердости породах не снабжена механизмом, ограничивающим величину осевой нагрузки, воспринимаемой одним долотом или расширителем, что может приводит к поломкам породоразрушающего инструмента. - - - - .-Целью изобретения является повышение надежности работы ступенчатой компоновки за счет регулирования нагрузки на долото.

Поставленная цель достигается тем, что ступенчатая компоновка для направленного бурения скважин в анизотропных наклонно залегающих породах, включающая направляющую штангу с долотом и опорно-центрирующим элементом и расширитель, соединенный с верхним концом направляющей штанги, снабжена гидроцилиндром и двумя полыми штоками, концы которых расположены в полости гидроцилиндра и связаны с ним с возможностью передачи крутящего момента от одного штока к другому, причем направляющая штанга выполнена из двух частей, каждая из которых связана с одним из свободных концов полых штоков, а опорно-центрирующий элемент установлен на гидроцилиндре.

Кроме этого выходные отверстия концов штоков, размещенных в полости гидроцилиндра, смещены относительно друг Друга.

При этом отношение величин ходов штоков верхней и нижней частей гидроцилиндра прямо пропорционально отношению расстояний от опорного сечения опорно-центрирующего элемента до рабочих торцев расширителя и долота при минимальном расстоянии между торцами штоков.

На фиг.1 показан общий вид ступенчатой компоновки для направленного бурения

скважин.

На фиг.2 гидроцилиндр со штоками и опорно-центрирующим элементом в продольном разрезе.

Ступенчатая компоновка для направленного бурения скважин содержит направляющую штангу с долотом 1 и опорно- цёйтрйрующим элементом 2. Направляющая штанга состоит из верхней 3 и нижней 4 частей. С верхним концом направляющей

5 штанги соединен расширитель 5. Опорно- центрирующий элемент 2 установлен на гидроцилиндре 6, в котором размещены два полых штока 7 и 8, которые имеют одинаковую эффективную площадь и соединены со0 ответственно с верхней частью 3 и с нижней частью 4 направляющей штанги. Выходные отверстия штоков 7 и 8 смещены относительно друг друга на величину е. На верхней 3 и нижней 4 частях направляющей

5 штанги размещены упоры 10, ограничивающие ход штоков в гидроцилиндре, а для передачи вращающего момента от верхней части 3 к нижней части 4 направляющей штанги поперечное сечение этих частей име0 ёт, например, квадратное сечение, соответствующее по форме, отверстиям в верхней и нижней гайках, соединенных с верхним и нижним концами гидроцилиндра 6.

Величины ходов штоков 7 и 8, ограни5 ченные упорами 10, относятся друг к другу также как расстояние от опорного сечения опорно-центрирующего элемента 2 до рабочих торцев расширителя 5 и долота 1.

Ступенчатая компоновка при бурении

0 скважин в анизотропных перемежающихся по твердости породах работает следующим образом.

Заданное направление бурения обеспечивается за счет компенсации отклоняющей

5 силы на долоте 1, возникающей при разушении анизотропной породы вооружением долота 1, аналогичной силой, возникающей на расширителе 5, которая действует в том же направлении, что и на долоте 1, но

0 благодаря наличию опорно-центрирующего элемента 2, отклоняющая сила, приложенная к расширителю 5, создает опрокидывающий момент, действующий на направляющую штангу в направлении про5 тивоположном действию момента от аналогичной отклоняющей силы, приложенной к долоту 1.

При бурении данной ступенчатой компоновки поддерживают режим осевой нагрузки и расход промывочной жидкости,

обеспечивающие положение штоков 7 и 8 соответственно в верхней и нижней частях гидроцилиндра 6. При этом положение штоков 7 и 8 осевая нагрузка на долото 1 ограничена величиной равной произведению давления промывочной жидкости в гидроцилиндре и эффективной площади штока 8. А осевая нагрузка на расширитель 5 определяется как разность между осевой нагрузкой, действующей на ступенчатую компоновку со стороны вышерасположенных элементов бурильной колонны и осевой нагрузкой, воспринимаемой долотом 1.

При разбуривании долотом 1 более твердых пород его механическая Скорость становится меньше чем механическая скорость расширителя 5, что приводит к сближению штоков 7 и 8 в гидроцилиндре 6, а благодаря смещению относительно друг друга выходных отверстий штоков 7 и 8 при сближении последних проходной канал промывочной жидкости перекрывается, что

вызывает рост давления в стояке на устье скважины. В случае упомянутого увеличения давления искусственно уменьшают осевую нагрузку на инструмент, ограничивая его nofla4yt Тем самым создаются условия, при которых штоки 7 и 8 снова раздвигаются в гидроцилиндре 6 и занимают крайние положения за счет углубления скважины долотом 1. Затем осевую нагрузку снова увеличивают, обеспечивая бурение скважины одновременно с ее расширением расширителем 5.

Благодаря тому, что величины ходов штоков 7 и 8 связаны заявленным соотношением с расстояниями между опорным сечением опорно-центрирующего элемента 2 и рабочими торцами расширителя 5 и долота 1, обеспечивается одинаковое соотношение параметров ступенчатой компоновки, определяющее величину интенсивности искривления ею скважины при крайних положениях ш токов 7 и 8 в гидроцилиндре 6.

Сущность изобретения: компоновка содержит направляющую штангу с долотом с опорно-центрирующим элементом. Расширитель соединен с верхним концом штанги. В гидроцилиндре б установлены два полых , . штока 7 и 8 с возможностью передачи крутящего момента от одного штока к другому. На гидроцилиндре 6 установлен опорно- центрирующий элемент. Каждый из штоков 7 и 8 связан соответственно с частями направляющей штанги. Выходные отверстия концов штока 7, 8 смещены относительно друг друга, В процессе бурения скважины поддерживают заданный режим осевой нагрузки, частоты вращения инструмента и расхода промывочной жидкости. При ступенчатом повышении давления промывочной жидкости на устье скважины уменьшают осевую нагрузку на инструмент до величины G0, определяемой из соотношения , где р-рабочее давление промывочной жидкости (до ступенчатого с повышения давления), Н/м , 5ш эффектив- ная площадь штока, м . 2 з.п.ф-лы, 2 ил. Ш-. И

Формула изобретения 1. Ступенчатая компоновка для направленного бурения скважин в анизотропных наклонно залегающих породах, включающая штангу с долотом и опорно-центри- рующим элементом и расширитель, соединенный с верхним концом направляющей штанги, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности в работе за счет регулирования нагрузки на долото, она снабжена гидроцилиндром и двумя полыми штоками, концы которых расположены в полости гидроцилиндра и связаны с ним с возможностью передачи крутящего момента от одного штока к другому, причем направляющая штанга выполнена из двух частей,

каждая из которых связана с одним из свободных концов полых штоков, а опорно-цен- трирующий элемент установлен на гидроцилйндре.

расширителя и долота при минимальном расстоянии между торцами штоков.