Способ направленного бурения скважин Советский патент 1980 года по МПК E21B7/04 

(54 СПОСОБ НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Изобретение относится к области .вращательного бурения технологических скважин в подземных условиях, когда требуется высокая хочность проходки заданной траекторий, и может быть.иг. пользовано для бурения геолого-разведочных и других скважин. Известен способ направленного бурения, включающий приложение отклоняющего усилия, действующего перпендикулярно к направлению подачи 1, Известен способ направленного наклонного бурения глубоких скважин, заключающийся в том, что к инструменту в процессе бурения прилагают постоянно действующее усилие, перпен дикулярное к направлению подачи,а скорость подачи и число оборотов изменяют в зависимости от величины наклона скважины . Величина параметров отклонителя не учитывает влияние изменяющейся в направлении подачи крепости пород. Поэтому величина отклонения под действием отклоняющего усилия, а следовательно, точность проходки скважины определяется анизотропией горных пород и бурение таким способом может .привести к забракойке скважины изза недопустимых погрешностей направленности. Целью изобретения является повышение точности проходки заданной траектории при направленном бурении скважин. Это достигается тем, что изменение скорости подачи осуществляют с частотой, равной частоте вращения, инструмента, при этом фазу колебания скорости подачи сдвигают относительно условной нулевой фазовой точки на угол, соответствукишй направлению отклонения. На фиг. 1 показана лабораторная установка для реализации способа направленного бурения с механическим источником колебаний; на фиг. 2,то же, с электрическим источником колебаний. Лабораторная установка(см. фиг. 1) состоит из электродвигателя 1 с редуктором, имеющим возможность перемещения по направляющим с помощью каретки 2. На валу редуктора находится штанга 3 с асиммётричньм резцом 4, обеспечивающим создание отклоняющего усилия под действием осевого усилия как следствие неравенства

реакций сопротивления резанию опережаквдего и отстающего лезвий перьев инструмента. Порода моделируется с помощью песчано-цементного блока 5, состоящего из разборных секций.

Усилие подачи передается на двигатель через блоки с помощью троса 6 от груза 7. На валу редуктора находится также эксцентрично закрепленный Йиск8, который, вращаясь, соприкасдется с тросом и приводит его в кол;ебательное движение с частотой вращения редуктора. Динамические усилия . возникающие при этом, приводят к колебаниям осевого усилия си.нфазно d вращением и.нструмента. Амплитуда ко Лебания измеряется тён.зоканалом 9. : При изменении скорости подачи Ценяется соотношение реакций сопройивления резанию на лезвиях асимметричного инструмента, что вызывает с|мещение оси вращения инструмента в Положение, уравновешивающее реакции Ца лезвиях, так как поперечной жестКости бурового става недостаточно для урановешивания реакции. Чтобы Произвести отклонение инструмента Отклоняющим усилием, действующим перг(ендикулярно к направлению подачи, Необходимо периодически с частотой вращения инструмента осуществлять из1 |енение скорости подачи, тогда ось Вращения инструмента на каждом обороте будет смещаться на величину, Пропорциональную разности реакций на 4езвиях инструмента. .Направление отИлонения определяется фазой колебани Скорости подачи, которую для опредеп|енности отсчитывают от условной заДанной нулевой фазовой точки. : Более перспективно реализовать способ с использованием устройства, позволяющего накладывать вибрацию звуковой частотой на инструмент (фиг. Такое устройство состоит из асимметричного инструмента 10, соединенного с магнитострикционным вибратором 11, вибратор помещен в корпус 12, укрепленный на подающем вращающемся ставе 13.

С,мощного генератора 14 на магнитстриктор подается напряжение высокой частоты. Работа генератора 14 управляется датчиком фазы 15 вращения инструмента, в котором заданы блоком программы 16 моменты наполнения и выключения генератора 14 относительн нулевой точки фазы. Без наложения вирации инструмент, выравнивая сопротиления на перьях находит себе одну ос Вращения, а при наложении вибрации Другую. Если датчиком фазы задать моменты включения и выключения генератора 14 в течение каждого периода вращения, то инструмент будет на каждом обороте набирать кривизну, выполняя движение по заданной траектории. Сдвигая фазу включения генератора .относительно нуля, можно изменять направление смещения инструмента.

точность предлагаемого способа направленного бурения скважин не зависит от аниз.отропии горной породы. Цикл управления направлением в данном способе заканчивается в течение одного оборота, а проявления анизотропии на расстоянии, равном подаче за оборот, крайне незначительны.. Кроме того, отклоняющее усилие образуется дифференциальным способен так, что его величина устанавливается автоматически, как разность реакций на перьях резца или другого инструмента.

Условием постоянства набора кривизны данным способом в анизотропных породах является постоянство ско5 .рости подачи или постоянствопределов изменения скорости подачи на каждый оборот вращения инструмента. Такое условие вьшолняется системой управления, которая так изменяет амплитуду 0 колебаний осевого усилия, чтобы выполнялось указанное выше условие постоянства скорости.

Вследствие проявления свойства. инвариантности способа направленного

бурения к анизотропии буригушх пород

повышается точность реализации заданной траектории., резко снижается коэффициент перебура, повышается производительность бурения.

Следует отметить, что асимметричный инструмент получил развитые как более производительный и дешевый, вследствие чего применение его в способе также дает эффект повышения скорости бурения, снижение себестоимости погонного метра скважины.

Также положительный эффект достигается применением для реализации способа магнитострикционного вибратора , повышающего скорость проходки

в 1,5-2,5 раза.

Формула изобретения

Способ направленного бурения скважин, включающий приложение к инструменту перпендикулярно к направлению подачи в процессе бурения отклоняющего усилия и изменение скорости подачи, .отличающийся тем, что, с целью увеличения точности проходки заданной траектории скважины, изменение скорости подачи осуществляют с частотой, равной частоте вращения инструмента, при этом фазу колебания скорости подачи сдвигают

относительно условной нулевой фазовой точки на угол, соответствуивдий направлению отклонения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 122719,М.кл . Е 21 В 7/04, 1947.

(прототип).