Снаряд для направленного бурения Советский патент 1980 года по МПК E21B7/08 

(54) СНАРЯД ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ

I

Изобретение относится к горному делу, предназначено для бурения искусственно искривляемых скважин с поверхности земли и из подземных горных выработок и может быть использовано на предприятиях, осуществляюших добычу твердых полезных ископаемых, и в геологоразведочном деле.

Известен снаряд для Направленного бурения, который состоит из невраш,аюшегося корпуса, ориентированно перемещающегося по скважине с помощью распорного устройства, выполненного в виде ползуна и вала с породоразрушающим инстоументом, вращающегося внутри корпуса под углом к оси искривляемой скважины ,1.

Недостатками этого снаряда являются недостаточная жесткость конструкции, так как корпус обычно выполнен из отдельных частей, подвижно взаимодействующих с выдвижным ползуном, а вал имеет телескопическое, как правило, щлицевое соединение, необходимое для взаимного перемещения частей вала с целью передачи осевых усилий на ползун, а также для разъединения вала и корпуса после ориентации снаряда, а также зависимость распорного и отклоняющего усилия от осевой нагрузки.

Указанные недостатки приводят к тому, что в связи с изгибом инструмента недостаточной жесткости и влиянием осевой нагрузки интенсивность искривления колеблется в широких пределах от 0,5 до 2° на метр скважины. Это не позволяет бурить криволинейные участки с заданной проектной интенсивностью искривления.

Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому снаряд для направленного бурения, включающий корпус с боковым выдвижным ползуном, полый подвиж10ный вал с породоразрушающим инструментом, расположенный внутри корпуса, и устройство для соединения вала и корпуса 2.

Этот снаряд имеет жесткий корпус, так как осевое усилие передается на вт движной

15 поршень - ползун через жидкость, заполняющую полость корпуса.

Недостатки данного снаряда заключаются в том, что наличие телескопического шлицевогр соединения вала понижает жесткость отклонителя и может явиться источником из20гиба и боковых усилий на корпус; зависимость отклоняющего усилия и распора от осевой нагрузки не позволяет осуществлять бурение с заданной равномерной интенсивностью искривления; в процессе бурения невозможно «расхаживание инструмента; вынужденное снятие осевой нагрузки, например гтрй йаращиваний инструмента или перекреплении патронов, может привести к дезориентации снаряда, особенно при бурении гори данталЫных и восстающих скважин; к нарушению ориентации может привести и запуск (начало вращения) под значительной осевой нагрузкой. В связи с указанными недостатками снижается надежность применения снаряда. Цель изобретения - искривление скважин с равномерной интенсивностью и повышение надежности работы снаряда. Эта цель достигается тем, что корпус снабжен эластичным рукавом, закрепленным в нем концами и размещенным между ползуном и валом, полость которого сообщена с полостью корпуса, при этом вал выполнен с окнами и снабжен втулкой, установленной в его полости с возможностью осевого перемещения, соединенной с корпусом щпонкой, размещенной в окне вала. На фиг. 1 изображена нижняя часть снаряда в разрезе; н фиг. 2 - верхняя часть снаряда в разрезе; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 6 - сечение Г-Г на фиг. 1. Снаряд состоит из корпуса 1. выдвижного ползуна 2 с набором роликов 3 и полого вала 4 с породоразрущающим инструментом 5. Вал 4 связан с корпусом 1 с помощью шарико-подщипникового узла б, который позволяет осуществлять вращение полого вала 4 относительно корпуса 1, но не допускает их взаимного продольного смещения. Верхняя часть вала 4 центрируется подщипником скольжения 7. Внутренняя полость 8 корпуса 1 изолирована уплотнениями 9 и 10. В корпусе 1 вокруг вала 4 закреплен эластич-ный рукав 11, а со стороны размещения ползуна 2 в корпусе 1 выполнено окно. В валу 4 имеется отверстие 12, которое сообщает внутреннюю полость вала с полостью 8 корпуса 1. На стороне корпуса 1, диаметрально противоположной ползуну 2, размещены твердосплавные опоры 13 и 14. Внутри вала 4 на скользящей посадке размещена втулка 15. Втулка 15 имеет кольцевую проточку по диаметру, в которую входят щпонки 16, расположенные в окнах 17 вала 4. В корпусе 1 напротив втулки 15 выполнен кольцевой бурт 18, а в нем пазы 19. При верхнем расположении втулки 15 щпонки 16 входят в пазы 19 кольцевого бурта 18 корпуса 1. Снаряд работает следующим образом. После доставки его к забою скважины на некотором расстоянии от него, с помощью ори ентатора любой койструкции осуществляют ориентацию снаряда с учетом того, что линия его действия направлена в сторону ползуна 2. При этом поворачивают снаряд за бурильные трубы и вал 4. Усилие поборота

744106 передается через окна 17 вала 4 на щпонки 16 и через бурт 18 на корпус 1, т.е. при ориентации происходит поворот всего снаряда до наружного положения. Далее, не поворачивая инструмента, подают промывочную жидкость. Проходя через полый вал 4 к породоразрущающему инструменту 5, она встречает препятствие в виде отверстия .во втулке 15, диаметр которого меньще внутреннего диаметра полости вала 4. В связи с этим создается перепад давления, величина которого может регулироваться изменением диаметра отверстия во втулке 15. Поскольку полость вала 4 отверстием 12 соединена с полостью 8 корпуса 1, давление жидкости действует на эластичный рукав 11, который, увеличиваясь в размере, смещается в сторону окна корпуса 1 и выдвигает ползун 2 до упора роликами 3 в ст4нку скважины до тех пор, пока в противоположную стенку не упрутся твердосплавные опоры 13 и 14. Усилие распора определяется перепадом давления и площадью соприкосновения рукава 11 и ползуна 2. Таким образом, на участке забуривания осуществляется ориентированный перекос оси снаряда относительно оси скважины. Одновременно под действием давления жидкости смещается вниз втулки 15 до упора щпонок 16 в нижний край окна 17 вала 4 При этом щпонки 16 выходят из паза 19 бурта 18 корпуса 1, и появляется возможность независимого вращения вала 14 относительно корпуса 1. Включают вращение инструмента, и, осторожно подавая снаряд к забою, начинают забуривание нового направления. После некоторого начального периода набора кривизны происходит переход на бурение скважины по дуге окружности заданного радиуса, определяемого тремя точками - опорами 13 и 14 и боковой кромкой породоразрушающего инструмента. В этом случае происходит стабильный процесс искривления за счет асимметричного разрущения забоя без его бокового фрезерования, т.е. независимо от режима бурения и скорости подачи инструмента. Применение данного снаряда для направленного бурения позволяет цовысить надежность работ по искривлению, так как устраняются такие причины отказов из-за дезориентации снаряда, как случайное или намеренное снятие осевой нагрузки, запуск снаряда в нагруженном состоянии и др. Повыщается вероятность бурения с равномерной заданной величиной интенсивности искривления в связи с повыщением жесткости всей конструкции, что устраняет произвольные изгибы инструмента, могущие оказать влияние на ориентацию и интенсивность искривления. Кроме того, выполнение снаряда с гидравлическим распорныМ устройством по схеме опоры на три точки для асимметричного разрущения забоя позволяет вести бурение на режимах, обеспечивающих оптимальную скорость подачи, что приводит к увеличению длины рейса и росту производительности.

Формула изобретения

Снаряд для направленного бурения, включающий корпус с боковым выдвижным ползуном, полый подвижный вал с породоразрущающим инструментом, расположенный внутри корпуса, и устройство для соединения вала и корпуса на период ориентации, отличающийся тем, что, с целью искривления скважин с равномерной интенсивностью

«i

Фиг/

и повышения надежности работы, корпус снабжен эластичным рукавом, закрепленным в нем концами и размещенным между ползуном и валом, полость которого сообщена с полостью корпуса, при этом вал выполнен с окнами и снабжен втулкой, установленной в его полости с возможностью осевого перемещения, соединенной с корпусом шпонкой, размещенной в окне вала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 152840, кл. Е 21 В 7/08, 1962 (прототип)

5 7

fPws2

744106

Фиг.з

Фм.4

{5

Фи2.б

Г-Г

Фыге