Стабилизатор для направленного бурения скважин Советский патент 1993 года по МПК E21B7/08 

:Изобретение относится к области буро вой техники, а конкретно к техническим средствам по поддержанию заданного направления ствола бурящейся скважины в пространственных координатах.

Цель изобретения - обеспечение с помощью его применения стабилизации направления бурения скважины в горизонтальной плоскости, повышение точности проводки стволов скважин с большим зенитным углом (приближающемуся к горизонтали), снижение трудовых и материальных затрат на этом виде буровых работ.

На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого стабилизатора с использование забойных двигателей; на фиг.2 - то же

(для бурения роторным способом и забойными двигателями.

Стабилизатор с использованием забойных двигателей состоит из корпуса 1. на котором смонтированы восемь корректирующих опорных колодок 2, восемь силовых гидрокамер 3; соединенных, трубками 4 с индивидуальными устройствами подачи жидкости в гидрокамеры, состоящими из клапанных коробок 5 и механизмов управления клапанами 6. Механизм управления клапанами изображен на фиг.З. клапанная коробка изображена на фиг.4. Корпус 1 через толстостенную трубу 7 соединяется с переводником 8. который на верхнем конце имеет резьбу для соединения е УБТ или цен00

со

00

ел о

ON

СА

ратором (на рисунке не показано). Корус 1 на нижнем конце имеет резьбу 9 для оединения с корпусом забойного двигатея.

Стабилизатор для направленного бурения скважин роторным способом и забойными двигателями состоит из корпуса 10, бурового вала 11, переводников 12,14, ра- диальнргаксиальных подшипников 15,16 и радиальных подшипников 17,18. смонтированных в муфтах 19 и 20, восьми корректирующих колодок 21, количество колодок и механизмов управления ими может быть различным, восьми силовых гидрокамер 22, которые трубками 23 соединены с восемью клапанными коробками 24 и механизмами управления клапанами 25.

Механизм управления клапанами для обеих вариантов стабилизатора одной и той же конструкции состоит из: цилиндрического корпуса 26, поплавка 27, диаметрально противоположные половины которого выполнены из материалов различной плотности, в результате чего центр тяжести его сечения значительно смещен по отношению геометрического центра, Геометрический центр по длине и центр тяжести поплавка находится на суженном участке-выточке 28 в месте соединения двух его половин. Этой выточкой поплавок свободно с зазором зафиксирован в днище ползуна 29. Ползун с одной стороны поджат пружиной 30. С другой стороны ползун через шайбу 31 упирается в поршень 32, который установлен в крышке-цилиндре 33. В крышке-цилиндре просверлен канал 34, через который поступает буровой раствор и под его давлением поршень 32 передвигает ползун 26 и поплавок 27. С другого конца цилиндрический корпус 26 ввинчен переводник 35, внутри которого установлен шток 36, передвигающий движение от поплавка 27 к клапанам37 и 38, На штоке установлены два резиновых манжета предупреждающие перетек жид- кости из поплавковой камеры 39 в бурильные трубы и наоборот.

Поплавковая камера 39 заполняется двумя не смешивающимися жидкостями с кратной разницей их удельных весов с таким расчетом, чтобы поверхность их раздела при горизонтальном расположении поплавковой камеры (механизма управления) совпадала с плоскостью проходящей через её осевую линию.

Клапанная коробка фиг. 4 состоит из цельно-металлического корпуса 40, в котором просверлены каналы для подачи бурового раствора в гидрокамеры 41 и вывода из них в затрубное пространство 42. В корпусе на одном штоке смонтированы вьг0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

пускной клапан 37 и выпускной клапа н 38. С одной стороны в корпус клапанной коробки ввинчивается переводник 35 механизма управления, с другой фильтр 43 для пропуска бурового раствора из колонны бурильных труб в клапанную коробку трубка 44 для подачи раствора в гидрокамеры и трубка 45 для крепления клапанной коробки и корпуск центратора и вывода раствора из гидрокамер в затрубное пространство скважины, Шток с клапанами 37-38 поджат пружиной 46, а нажимной шток 36 поджат пружиной 47. Эта пружина необходима для сохранения размеров зазора, обеспечивающего длину холостого хода поплавка до соприкосновения со штоком или верхнем срезом переводника 35.

Работает стабилизатор следующим образом.

Работа стабилизатора основана на физических явлениях:

1. Поверхность разделения двух не смешивающихся жидкостей различной плотности всегда занимает горизонтальное положение.

2. Плоскость, проведенная через геометрическую ось и ось центров тяжести сечений, плавающего цилиндрического тела совмещением центра тяжести, всегда занимает вертикальное положение.

Исходя из сказанного, поплавок 27, продольные половинки которого изготовлены из материалов различной плотности, в Поплавковой камере, заполненной двумя жидкостями также различной плотности, всегда занимает горизонтальное положение, а плоская большая грань его кончика, как показано на рисунках 5,6,7,8 всегда параллельна вертикальной плоскости, проходящей через ось поплавка и ось корпуса механизма управления.

На фиг.5 и 6 показаны положения поплавков относительно корпусов механизмов управления и штоков 36, передающих движение к клапанам. На фиг.5 направление забоя скважины отклоняется вверх от горизонтальной плоскости, а на фиг.6 - вниз. Двойнойлинией Т-Г показано положение горизонтальной плоскости (проекции направления скважины на горизонтальную плоскость), а линиейС-С показано расположение оси скважины относительно горизонтальной плоскости. Осевая линия поплавка остается параллельной горизонту, осевая линия корпуса механизма управления следует параллельно оси скважины. В результате в восстающей скважине передние концы поплавков опускаются относительно корпуса вниэ фиг.5. а в погружающейся скважине фиг.6 передние концы поплавков

относительно корпусов механизмов подни- вверх.

На фиг.7 показаны три положения меха- нфма управления клапанами по сечению А-|А фиг.5, в зоне соприкосновения конца по|плавка со штоком 36. При установке в конструкции стабилизатора восьми корректирующих опорных колодок и к ним восьми Механизмов управления угол сектора между tti-ми составит 45°. В I положении, фиг.7, Механизм управления находится в плоскости перпендикулярной к горизонтальной rtr оскости, в центре сектора ограниченного 4$-ю градусами. На фиг.5 и 6 механизма 1гвкже находятся в перпендикулярных плоскостях только левые механизмы находятся верхней части устройства, а правые - в Нижней части устройства. В точках II и 111 Показаны два крайних положения механизма за пределами которых невозможно включение клапанов, т.к. плоский конец по- пйавка (показан на фиг.8) не сможет войти в одностороннюю прорезь переводника 35 и нфжать на конец штока 36. Во всех других положениях конец поплавка упрется в то- рЈц (бурт) переводника 35 в центре которого утчзплен против среза конец штока 36, Та- KifiM образом, соприкосновение конца поправка со штоком 36 возможно только в секторе, ограниченном 45-ю градусами, на- хрдящегося по обе стороны вертикальной плоскости, проходящей через ось скважины в верхней части устройства в восстающей скважине рис.5 и в нижней части устройству вниз падающей скважине фиг.6. Размеры сектора возможного включения коррекци- онного узла можно ограничить и меньшим у|глом (например, в 25-30°) размерами прорези в торце штока, но при этом возможны случаи, когда не включится ни один из механизмов управления, так как между ними 45° И сектор включения (25-30°) попадает между двумя механизмами управления.

Проследим порядок работы отдельных узлов стабилизатора. Стабилизатор для бурения горизонтальных скважин включается в| компоновку низа бурильной колонны не- г|осредственно над долотом или над забой- Мым двигателем (в зависимости от способа б;урения) после доведения забойного участка ствола скважины до 5-10° угла наклона к горизонту существующими способами и механизмами проводки наклонно-направлен- ь|ых скважин. Спустив на забой бурильную йолонну и зафиксировав ведущую трубу и ротор, включаем буровые насосы. Под дав- л|ением перепада давления на турбоЗуре или долоте жидкость поступает через отверстие 34, в механизма управления. фиг.З. Поршень 32 через шайбу 31 двигает ползун

29, ползун за выточку 28 двигает поплавок 27 вперед. Это происходит одновременно во всех восьми механизмах управления. Жидкость, выдавливаемая из поплавковой 5 камеры 39 поршнем 32 давит и двигает вперед шток 36, выбирая холостой ход (зазор между штоком 36 и головкой штока клапанов). Выбрав холостой ход, все.поплавки, кроме поплавка, находящегося в верхнем

0 секторе, восстающей скважины фиг.5, и нижнем секторе ниспадающей скважины фиг.6, упираются своими концами в торец (буртик) переводника 35 и останавливаются. Поплавки, механизмов управления, находя5 щиеся в верхнем секторе фиг.5, и в нижнем секторе фиг.6, своими узкими концами входят в прорези переводников 35, фиг.З и продолжая движение вперед нажимают на штоки и открывают клапаны 37 фиг.4, закры0 вая клапаны 38. Буровой раствор из бурильных труб пройдя фильтр 43, открытый клапан 37 и трубки 44 (фиг,4) и 4 фиг,1 или трубы 23 фиг.2, поступает в гидрокамеры 2 фиг.1 или 21 фиг.2. Гидрокамеры наполня5 ясь раствором, выдвигают опорные корректирующие колодки. Колодки фиксируют устройство от проворачивания в скважине и прилагают усилие к долоту для выведения ствола скважины на горизонтальное на0 правление. Так как на колодках насечены продольные зубцы, они препятствуют про- вороту, но не мешают устройству продвигаться вслед за долотом. Пробурив несколько метров ( м) циркуляция по

5 скважине останавливается на несколько секунд, до выравнивания давления в трубках и затрубном пространстве. Механизм управления в стабилизаторе приходит в исходное состояние: пружины, все штоки и

0 клапаны передвигают назад. Жидкость из гидрокамер выходит в затрубное пространство. Опорные колодки освобождают инструмент. Это необходимо делать на случай, если в процессе работы колодки постепенно

5 проскользнули на некоторый угол. Затем вновь циркуляция восстанавливается и цикл повторяется. В зависимости от геологических условий через определенный интервал бурения проводятся инклинометрические

0 работы существующими методами для наклонно-направленного горизонтального бурения.

Формула изобретения

1. Стабилизатор для направленного бу5 рения скважин, включающий корпус, опорные колодки, установленные на силовых 1 гидрокамерах, клапанный узел, связывающий полость каждого из силовых гидрокамер с механизмом их управления, о т л и - ч а ю щ и и с я тем, что, с целью обеспечения

бурения горизонтального участка скважины, механизм управления выполнен в виде установленной над каждым из клапанов цилиндрической камеры, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями различной плотности, и размещенного в ней цилиндрического поплавка с профильным сечением на нижнем конце и со смещенной осью центров тяжести сечений по отношению к его геометрической оси, причем в верхней части цилиндрическая камера имеет установленный с возможностью взаимодействия с поплавком поршень, наружная поверхность которого гидравлически связана с полостью корпуса, а в нижней части

0

5

цилиндрическая камера имеет переводник с прорезью для размещения профильного конца поплавка о рабочем положении гидрокамеры.

2. Стабилизатор по п.1, о т л и ч а ю - щ и и с я тем, что он снабжен установленным между клапаном и цилиндрической камерой подпружиненным поршнем со штоками по концам, причем один из штоков размещен в осевом отверстии переводника цилиндрической камеры с возможностью взаимодействия с профильным концом поплавка, а другой шток поршня установлен с возможностью взаимодействия с клапаном.

Использование: для проводки горизонтальных участков скважин. Сущность изобретения: в корпусе стабилизатора установлены выдвижные колодки, связанные с гидрокамерами. На входе каждой из гидрокамер установлен клапан, включаемый в работу автономным механизмом управления, содержащим цилиндрическую камеру, запол2 ненную двумя несмешивающимися жидкостями различной плотности. В полости камер установлен цилиндрический поплавок со смещенной осью центров тяжести сечений по отношению его геометрической оси. В процессе проводки горизонтального участка скважины под действием давления промывочной жидкости происходит перемещение цилиндрических поплавков в камере с двумя жидкостями. Одни поплавки торцами упираются в торцы переводника, а другие, находящиеся в секторе, ограниченном 45° по обе стороны вертикальной плоскости, проходящей через ось скважины в верхней части устройства в. восстающей скважине и в нижней части устройств в нисходящей скважине, своими профильными концами пройдут через профильную прорезь переводника и обеспечат включение в работу соответствующие гидрокамеры. 1 з.п. ф-лы, 8 ил. fc

Фиг.1

Фиг. I

s К S44SSS5

Ш

сри&7

1838566

с г

фие.в