Самоориентирующийся шарнирный отклонитель для направленного бурения Советский патент 1993 года по МПК E21B7/08 

Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для искусственного искривления скважин при направленном и многозабойном бурении и может быть использовано при бурении забойными двигателями и при роторном бурении;

Цель изобретения - повышение надежности и эффективности работы отклонителя.

На фиг. 1 изображен продольный разрез отклонителя в транспортном положении, на фиг. 2 - в рабочем положении.

Самоориентирующийся шарнирныйот- клонитель для направленного бурения включает полый вал, состоящий из верхней 1 и нижней 2 частей, соединенных шарниром, содержащим сферическую шлицевую пяту 3, размещенную внутри шлицевой втулки 4, жестко присоединенной к нижнему концу верхней 1 части вала, связанные с валом верхний 5 и нижний 6 переходники и расположенный между ними разъемный корпус, содержащий верхнюю 7 и нижнюю 8 секции, установленные с возможностью взаимного углового смещения, присоединенную к нижней части верхней 7 секции упорную втулку 9 со скошенным торцом 10, установленную с возможностью в рабочем положении взаимодействия скошенным торцом 10 с верхним торцом 11 нижней 8 секции, жестко связанный с верхней 7 секцией эксцентричный груз 12 и выполненную в противоположном ему секторе этой секции герметичную полость 13. Жестко присоединенная к нижнему концу верхней 1 и части вала шлицевая втулка 4 является опорой для подвески верхней 7 секции корпуса

00

8

1Ю СЛ СЛ

CJ

с присоединенной к ней упорной втулкой 9, снабженной фиксатором 14 ее положения вдоль оси секции 7 и углового смещения относительно эксцентричного груза 12. Внутри шлицевой втулки 4 в гладкой ее части установлен уплотняющий элемент-подпятник 15, постоянно сомкнутый с пятой 3 упругим (например, пружиной сжатия) элементом 16, обеспечивающим возможность в рабочем положении совместного осевого перемещения пяты 3 и подпятника 15. Между валом, корпусом и переходниками установлены радиальные 17 и упорные 18 подшипники, защищенные от засорения шламом уплотнителями 19. Между упорным подшипником нижней 8 секции корпуса и нижним 6 переходником установлена выполненная в виде П-образного в продольном сечении диска опора 20. В нижней секции 8 корпуса выполнены отверстия 21 для предотвращения скапливания шлама. Верхний переходник 5 отклонителя служит для присоединения к нему бурильных труб (при роторном бурении) или забойного двигателя. К нижнему переходнику 6 присоединяется породоразрушающий инструмент непосредственно или через посредство, например, колонковой трубы, длина которой подбирается в зависимости от заданной интенсивности искривления скважины. Оба переходника имеют одинаковый наружный диаметр, превышающий диаметр корпуса (фиг. 1, Б-Б), что предотвращает трение корпуса о стенки скважины в момент ориентирования.

Отклонитель работает следующим образом.

Перед спуском его в скважину упорную втулку 9 ориентируют и закрепляют фиксатором 14 относительно апсидальной плоскости скважины, т. е. относительно эксцентричного груза 12. После присоединения к отклонителю породоразрушающего инструмента и (в зависимости от способа бурения) - забойного двигателя или непосредственно бурильных труб, производят спуск в скважину. При спуске и перед постановкой отклонителя на забой верхняя секция 7 корпуса с эксцентричным грузом 12 и упорной втулкой 9 через посредство упорного подшипника 18 опирается на втулку 4 шарнира. Нижняя часть 2 полого вала с нижней секцией 8 корпуса, переходником 6 и породоразрушающим инструментом - через посредство сферической шлицевой пяты 3 находится в подвешенном состоянии на внутреннем выступе втулки 4, При этом между торцами 10 и 11 верхней 7 и нижней 8 секциями корпуса образуется зазор а , регулируемый при сборке отклонителя. Эксцентричный груз 12 занимает нижнее положение в апсидальной плоскости наклонной скважины, а скошенный торец 10 упорной втулки 9 - заранее заданное положение относительно апсидальной плоскости. При этом, занятию эксцентричным грузом 12 нижнего положения в апсидальной плоскости скважины противодействуют силы трения, возникающие только между верхней 7

0 секцией корпуса через посредство подшипников 17 и 18 и верхней частью 1 вала, а аналогичные силы трения нижней части отклонителя на самоориентирование искривляющего устройства не влияют.

5 Жесткое соединение эксцентричного груза 12 с верхней 7 секцией корпуса за счет увеличения при этом радиуса груза 12 увеличивает эксцентриситет и массу груза 12 и, следовательно, момент действия его массы. Это

0 повышает надежность ориентирования искривляющего устройства, эффективность его работы и упрощает конструкцию отклонителя. Более надежному и точному ориентированию искривляющего устройства способствует так5 же эффект увеличения массы эксцентричного груза 12 за счет заполнения противоположного ему сектора объема полости верхней секции 7 корпуса не промывочной жидкостью, а, например, воздухом путем выполнения в

0 этой части герметично закрытой полости 13. Таким образом, наличие герметично закрытой полости 13 также увеличивает момент массы .эксцентричного груза 12, погруженного в промывочную жидкость, и надеж5 ность ориентирования искривляющего устройства, При этом повышается эффективность работы отклонителя за счет повышения точности ориентирования искривляющего устройства и надежности

0 удержания его в первоначально заданном положении в процессе бурения скважины с примейением отклонителя. При подаче промывочной жидкости через бурильные трубы . и полый вал отклонителя, благодаря нали5 чию подпружиненного элемента - подпятника 15 и создаваемому промывочной жидкостью гидростатическому давлению на верхний торец уплотнительного элемента 15, истечение жидкости через шлицевую

0 втулку 4 в скважину исключено, и она попадает под торец породоразрушающего инструмента. При этом воздействующие на пяту - шарнир 3 через подпятник 15 гидростата ческое давление промывочной жидкости и

5 давлениеупругогоэлемента 16опрокидывающего момента на нижнюю секцию 7 корпуса и далее на породоразрушающий инструмент не создают.

В момент постановки породоразрушающего инструмента на забой скважины под

действием веса колонны бурильных труб, собственного веса верхней секции 7 корпуса с эксцентричным грузом 12 шлицевая втулка 4 надвигается на шлицевую пяту 3 на величину зазора а. При этом торцовые по- верхности 10 и 11 верхней 7 и нижней 8 секций корпуса сомкнутся в левой (в плоскости чертежа) периферийной зоне (точка К, фиг. 2). При этом осевое давление, воспринимаемое от бурильных труб переходником 5, через посредство подшипников 18, верхней секции 7 корпуса и скошенного торца 10 упорной втулки 9 асимметрично передается на торец 11 нижней секции 8 корпуса, нижний упорный подшипник 18, диск 20, ниж- ний переходник 6 и породоразрушающий инструмент. При этом П-образная в продольном сечении форма диска 20 создает условия для сосредоточения осевой нагрузки только на периферийную часть торца нижнего переходника б, за счет чего увеличивается асимметричная нагрузка на породоразрушающий инструмент и асимметричное разрушение забоя скважины, что также повышает эффективность искривления скважины. Вращение от бурильных труб передается на верхний 5 переходник, верхнюю часть 1 вала с шлицевой втулкой 4, на сферическую шлицевую пяту 3 и нижнюю часть 2 вала с нижним переходником 6 и далее породрразрушающе- му инструменту. При этом верхняя 7 секция корпуса с упорной втулкой 9 под воздействием эксцентричного груза 12, усиленным увеличением за счет совмещения груза с верхней секцией корпуса эксцентриситета его массы и полостью 13, а также сомкнутся с ней через посредство торцов 1.0 и 11 нижняя секция 8 корпуса вращаться не будут благодаря нали1 чию между ними и валом 1-2 переходниками 5 и 6 подшипников 17 и 18. За счет асиммет- ричной нагрузки на породоразрушающий инструмент и опрокидывающего момента, воздействующего на нижнюю секцию 8 корпуса отклонителя с породоразрушающим инструментом, будет происходить асиммет- ричное разрушение забоя и искривление скважины. Вал и корпус отклонителя перекосятся соответственно в шарнире и в зоне разъема корпуса вокруг точки К до смыкания взаимодействующих поверхностей 10 и 11 частично или полностью в зависимости от стадии искривления и от длины колонковой трубы с породоразрушающим инструментом. Поскольку по мере искривления отклонителя уменьшается угол (3 , взаимо- действующие поверхности 10 и 11 сближаются, шлицевая втулка 4 будет надвигаться на шлицевую пяту 3, а геометрический центр перекоса шарнира будет постоянно находиться в зоне разъема и перекоса корпуса отклонителя, образованного поверхностями 10 и 11. Поэтому взаимного смещения этих поверхностей не произойдет или оно будет минимальным, следовательно, между этими поверхностями не возникнет трение, в результате чего достигается максимальный эксцентриситет наложения нагрузки на породоразрушающий инструмент и, следовательно, повышается эффективность асимметричного разрушения забоя скважины. При этом, поскольку искривляющее устройство выполнено совместно с верхней секцией 7 корпуса, то по этой причине достигается максимальный, равный радиусу корпуса, эксцентриситет, а также опрокидывающий момент от передачи величины осевой нагрузки через посредство только скошенного торца 10 упорной втулки 9 на торец 11 нижней секции 8 корпуса и далее на породоразрушающий инструмент, в результате чего надежность и эффективность работы отклонителя также повышаются. Формула изобретения

1. Самоориентирующийся шарнирный отклонитель для направленного бурения скважин, включающий полый вал с шаровым шарниром, связанные с валом верхний и нижний переходники, расположенный между ними разъемный корпус, содержащий верхнюю и нижнюю секции, установленные с возможностью углового смещения, эксцентричный груз, узел искривления отклонителя, содержащий упорную втулку со скошенным торцом и установленные между валом и корпусом подшипники, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности работы, эксцентричный груз жестко связан с корпусом, втулка со скошенным торцом узла искривления связана с нижней частью верхней секции корпуса и установлена с возможностью взаимодействия с верхним торцом нижней секции корпуса, близлежащие торцы секций корпуса установлены друг относительно друга с зазором, а пята и подпятник шарнира - с возможностью осевого перемещения и расположения центра шарнира в рабочем положении в месте разъема корпуса.

2. Отклонитель по п. 1,отличают, и- й с я тем, что он снабжен опорой, установленной между упорным подшипником нижней секции корпуса и нижним переходником и выполненной в виде П-об- разного в продольном сечении диска.

3. Отклонитель по пп. 1 и2,отличаю- щ и и с я тем, что корпус со стороны, противоположной эксцентричному грузу, выполнен с герметичной полостью.

Использование: для искусственного искривления скважик при направленном или многозабойном бурении, Сущность изобретения: в корпусе, состоящем из двух частей, установлен полый вал с переходниками. Между корпусом и переходниками установлены подшипники. Корпус имеет жестко, с ним связанный эксцентричный груз и узел искривления, содержащий упорную втулку со скошенным торцом, установленную в нижней части верхней секции корпуса. Перед спуском устройства в скважину упорную втулку со скошенным торцом ориентируют и закрепляют относительно апсидальной плоскости скважины и закрепляют на корпусе. При спуске устройства эксцентричный груз ориентирует узел искривления и устанавливает его в рабочее положение. При постановке устройства на забой и подаче промывочной жидкости происходит перемещение секций корпуса и элементов шарнира до взаимодействия близлежащих торцов секций корпуса, за счет чего происходит его перекос. 2 з. п. ф-лы, 2 ил. ел