Устройство для направленного бурения скважин Советский патент 1982 года по МПК E21B7/08 

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к техническим срецствам цля управления траекторией ствоий скважины при бурении забойными цвигателями, и преаназначено цля провоаки вертикальных и наклонно-направленных скважин. Известно устанавливаемое нац турбобуром устройство аля направленного бурения, включающее пружины, отклоняющие верхнюю часть устройства, выавигаемые из корпуса поршнями силой цавления промывочной жицкости через масляную камеру Ориентация контактирукицих со стенками скважины выцвигаемых пружин устройств Относительно апсиаальной плоскости зацается путем изменения положения пазов в эксцентричном грузе, которые не препятствуют выавижению поршней поц опреаеленными пружинами l J . .Точность ориентирования этого устро ства нецостаточна по причине трения в поашипнике эксцентричного груза, а заклинивание выавигаемых поршней, связанных посреаством пазов с грузом, привоцит к невозможности повторной ориентации. Пружины не возвращаются в исхооное положение при попадании под них шлама, что небезопасно при поаъеме бурильного инструмента и также привоцит к невокиожности повторной ориентации. Устройство необхоцимо ориентировать с учетом угла скручивания бурильного инструм«1та от реактивного момента забойного цвигателя. Оперативность работы устройства снижается затратой вр мени на разборку его для ориентирования. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство ОЛЯ направленного бурения, содержащее связанный с забойным двигателем корпус, плунжерный отклони те ль с гидрокамерами, установленный в корпусе на подшипниках эксцентричный распредели- тепь потока рабочей жидкости с узлом регулирования ее подачи в гидрокамерьь Требуемый угол установки отклонителя 390 огносигельно апсицальнбй плоскости зааается на поверхности соответствующим расположением отверстия в распрепелителе, а интенсивность искривления - площааью сечения отверстия 2J . Неаостаток известного устройства заключается в том, что трение, в поцшип- инке распрецелитепя, увеличенное силой шзцжатия его скоростным потоком промы вочной жидкости, обуславливает возмож ность заклинивания работающего в буровом растворе поашипника распрецелителя, который перемешается по окружности, что не является кратчайшим путем движения при изменении наклона инструмента. Это значительно снижает точност установки отклонителя и приводит к невозможности ориентирования его при малых углах наклона на скважины. Кроме того, изменение ориентации и регулироВание интенсивности отклонителя связано с необходимостью использования целого ряда распределителей потока с .различным размещением отверстий, а также с затратой времени на транспортировку и переборку отклонителя в условиях цеха при каждой замене расгфеделителя. При этом снижается оперативность работы с отклонителем и ограничивается его применение. При необходимости изменения ориентации или интенсивности после долбления непосредственно на буровой использовать самоориентируюшийся отклонитель не представляется возможным При работе плунжеров гидрокамер в бу- ровом растворе возможно заклинивание, промыв их, приводящий к прямому перетоку раствора в затрубное пространство, а также попадание шлама под .башмаки, что приводит к потере ориентации, а все вместе значительно снижает надежность работы самоориентирующегося забойного отклонителя. Цель изобретения - увеличение точ ности ориентирования и обеспечение изменения ориентации отклонителя, надежности и оперативности работы. Указанная цель достигается гем, что устройство снабжено насосом, образующим с гидрокамерами откданителя замкнутую гидравлическую систему, узел регулироьания подачи рабочей жйдаости выполнен в виде установленных на вход в ГЕДрокамеры вентилей, кинематически связанных с распределителем потока, пр чем послеЕхний выполнен в виде кольца а его опоры в виде стержней. 14 КроМе того, отклонитель с гиорокамерами может:быть выполнен о вице плоского цилинара, из упругого материала с наружными ребрами и гицрокамерами, имеющими в поперачном .сечении серповицную форму. Причем, с целью обеспечения изменения ориентации устройства, отклонитель связан с корпусом с возможностью поворота. На фиг, 1 изображено в компоновке низа бурильного инструмента устройство для направленного бурения, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг, I; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг, I; на - - частично продольный разрез В-В на фиг, 2. Устройство аля направленного бурения скважин присоединяется к ниппелю I забойкого двигателя. Оно содержит корпус 2, в котором закреплен насос 3 с приводным катком 4, прижатым к валу 5 забойного двигателя, В гнезцау корпуса 2 на стержиззх 6 установлен распределитель 7 потока рабочей жидкости, выполненный в виде кольца, связанный кольцевой проточкой с вентилями 8 посредством тяг 9, Вентили 8 установлены на входах Б гидрокамеры Ю и соединены с нагнетательной линией насосв каналами О с одной стороны и со всасывающей линией насоса каналами (Г через полость, герметически закрытую в корпусе 2 кожухом 11 и каналами - , с другой стороны, образуют вместе с гицрокамерами отклонителя 12 и гибкими шлангами 13 гидравлическую систему, запс.пн5чну о рабочей жидкостью, например маслом, герметически отделенную от промьшоч- ной жидкости. Межоу нагнетательной и всасывающей линиями насоса установлен регулятор 14 давления, Откланитель выполнен из упругого материала, например резины, в виде полого цилиндра с наружными ребрами, в теле которого при изготовлении сформированы продольные, несообщающиеся между собой, серповидные гидрокамеры, частично накладывающиеся по окружности. Неподвижно насаженный на металлическом остове 15 отклонитель 12 имеет возможность поворачиваться на корпусе 2 по резьбе и фиксируется в требуемом положении стопором 16. Длина гибких шлангов, отсоединяющих гидрокамеры смесителя с вентилями, допускает относительный проворог до . Устройство работает следующим образом.

Каток 4, прижатый к вращающемуся валу 5 забойного цвигагеля, приводиг насос 3 в движение. Поток жицкости из нагнетательной линии насоса 3 по канал С через вентили 8 по гибким шлангам 13 поступает в оану группу гицрсжа- мер откпонителя 12. Другая группа гиорокамер Ю гибкими шлангами 13 и вентилями 8 по каналам. через полость в корпусе 2, закрытую кожухом II и каналами (Г связана со всасывающей линией насоса 3. Таким образом, в зависимости от положения распределителя 7 потока, переключающего вентили 8, насос 3 оцну группу гнорокамер отклонителя 12 наполняют жидкостью, а из другой - выкачивает ее.

Величина давления в наполненных гиарокамерах отклонителя, непосредственно контактирующих со стенками скважины, устанавливается регулятсром 14 давления в зависимости or требуемой величины отклоняющей силы на цолоте 17, что обуславливает интенсивность искривления ствола скважины.

Распределитель 7 потока перемещается в плоскости, перпендикулярной оси инструмента на качающейся опфе в виде трех незакрепленных стержней 6 в похюсти, образованной корпусом 2 и ко- жухом 11. В наклонной скважине он занимает одно определенное положение центр тяжести его смешен в апсидальной плоскости (плоскости азимутального искривления) вниз от оси инструмента . При повороте бурильного инструмента в процессе бурения, например, от действия реактивного момента забойного двигателя, распреаелитега потока, перемещаясь по качающейся опоре, кратчайшим путем займет указанное положение и при этом посредством переключения вентилей сохрани первоначальную ориентацию наполненных гидрокамер отклонителя. Таким образом, независимо от положения бурильного инструмента устройство отклоняет долото под определенным углом относительно аясидальной плоскости, который задается на поверхности путем поворота смесителя 12 относительно корпуса 2 и фиксации ее стопором 16,

Установка распределителя потока на качающейся опоре в виде трех незакрепленных стержней вместо подшипника качения исключает трение. Это повышает чувЕтвительность и точность установки распределителя, вследствие чего появляется возможность ориентирования устройства при малых углах иаклы,. В сьмаи с этим, кроме прозодки наклонно-направленных скважин, устройство мсжно пряме нять для предупрея дения искривления вертикальных скважин. Причем 6.урен:-;е можно вести с увеличенной нагрузкой, благодаря чему следует ожидать повышенние проходки на долото и механической скорости бурения.

Возможность поворота отклонителя и фиксации его на корпусе под требуемым углом относгттельно апсица/ьной плоскост и установка регулятора для изменений давления жидкости в гидрокамерах ot клонителя, контактирующих со стенками скважин, исключает необхоаимисть борки устройства и применения цопс.агл-тепьных деталей для изменения ориентации и интенсивносги искривления, что повыи(ает оперативность работъ; ,с.т ройства и упрощает его консгрукцин. :; обслуживание.

Насос, кинематически связ знный с валом забойного двнгагеля, соединенные каналы и гндрокамеры отклонителя образуют закрытую гидравлическую ,;у, занолненчую рабочей ж и кк остью ; мйпри- мер маслом, repMerHvecffj отпеленную

от ПрОМЫЬОЧНОЙ ЖИЦКСС. что riLSbiUiaSнадежность работы ус1гоГ ства

Изготовление ртклоу сгеля -- яруг ого материала, например резины, в вйце по лого цилиндра с аружными ребрами, Б теле которого сформированы продольные несообшающиеся между собой серпоБ:;-:,ные гидрокамеры, частично накпкдьгваю щиеся по окружности, исключает возможность промыва и заклинивания

Формула изобретения

I. Устройство для направленного бзрения скважин, содержащее связанный с забойным двигателем корпус, откгеэнитель с гидрокамерами, установленный в корпусе на опорах распределитель потока рабочей жидкости с узлом регулирования ее подачи в гидрокамеры, отличающееся тем, что, с целью повышения точности ориентирования, надежности и оперативности работы, оно снабжено насосом, образующим с гидрокамерами отклонителя замкнутую гиоравл:-ческую систему, узел регулирования подачи рабочей жидкости выполнен в виде установленных на входах в гидрокамеры вентилей, кинем.атически связанных с распределителем потока, причем послед- ,

НИИ Выполнен в вице кольца,

а его опоры в виав стержней.

2.Устройство по п, 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что отклонитель с гицрокамерами выполнен в вице полого йилинора из упругого материала с наружными ребрами и с гиорокамерами, имеющими

в т)перечном сечеяин серповианую форму.

3.Устройство по пп. I и 2, о т л и чающееся тем, что , с целью

обеспечения изменения ориентации устройства, отклонитель связан с корпусом с возможностью поворота.

Источники информации, -принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР М 142239, кл. Е 21 В 7/08, 1961.

2.Авторское свицетельство СССР W 541012, кл. Е 21 В 7/1О, 1973

(прототип).

9иг.З

jM

(puz.if