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

Изобретение относится к буровой технике, а именно к техническим средствам для направленного бурения скважин.

Известно устройство для направленного бурения, включающее корпус, вал, эксцентричный груз, отклонитель и распорный узел 1.

Недостатками известного устройства являются каксложная конструкция, так и низкая точность ориентирования отклонителя всвязи с значител1 ными силами трения в подшипниках эксцентричного груза и смесителя.

Известно также устройство для бурения направленных скважин, вклю-: чающее корпус, телескопический зад, подвижную втулку, ориентатор, размещенный во внутренней полости корпуса, снабженный элементом, качения и стаканом с наклонной торцовой несамбтормозящейся поверхностью, отклонитель 2.

Однако устройство имеет малую, точность установки плоскости действия отклонителя и требует больших временных- затрат. Кроме того, воз- можны самопроизвольные провороты отклонителя при бурении.

Цель изобретения - повышение точности и ускорения процесса ориентирования отклонителя в заданном направлении.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве,втулка выполнена с продольными ребрами на наружной поверхности, а стакан жестко связан с корпусом, причем втул10ка установлена с возможностью взаи- . модействия в рабочем положении с отклонителем, аее ребра - со стенками ствола.

Кроме того, в верхней части име15ет шарнирную муфту.

На чертеже схематически представлено устройство для бурения направленных скваш1н, разрез.

Устройство включает полый валI,

20 жестко соединенный нижним концом с переходником 2 и буровым долотЬм 3, а верхним концом со шлицами с ротором 4, который, в свою очередь, посредством шарнирной муфты

25 5 соединен с бурильной колонной.

Корпус б установлен в нижней части на радиальном и упорном подшипниках в переходнике 2 и зафиксирован от осевых перемещений. В корпу30се 6 размещен и распорно-сместительный узел, состоящий из выдвижного смесителя 7, наружная поверхность которого снабжена катками или продольными pe6paNW, и взаимодействующего со сместителем ijo наклонной плоскости ползуна 8 с нажимной пружиной 9. При перемещении ползуна 8 сместитель 7 выдвигается из корпуса 6 через выполненное в последнем окно либо втягивается обратно, в корпус. Перемещение ползуна 8 вверх ограничено внут ренним кольцевым выступом, имею щимся в корпусе 6. В верхней -части корпуса б имеется стакан 10, на котором выполнена наклоннаятор цовая поверхность и который жестко фиксируют в корпусе при любом нужном положении наклонного тЬрца. От нижней точки наклонного торца в сте ке стакана 10 выполнена продольная щель. Втулка11 посажена на ротрр 4 на радиальном и опорном подшипниках и зафиксирована от осевых перемещений. На наружной поверхности верхне .части втулки 11 выполнены ребра, па раллельные ее оси и равномерно распределенные по окружности. Ниже ; ребер на втулке имеется конический уступ, которому соответствует кони ческий верхний торец корпуса б, ко нические поверхности для лучшего их сцепления могут быть.зубчатыми. Нижняя .часть втулки 11 выполнена в виде полого ступенчатого штока, сво бодно входящего в корпус с возможностью вращательного и возвратно-по тупательного, перемещений; внутри шт ка свободно вращается вал 1. Хвостовик штока имеет форму кольцевого выступа, свободно скользящего внутри ползуна 8. При ходе вниз хвостовик контактирует с пружиной 9, а пр ходе вверх - упирается в кольцевые выступы ползуна и корпуса б, ограни чивая перемещение вверх втулки 11, которая удерживается в этом верхнем положении возвратной пружиной 12. Ш 13 свободно помещен в кольцевом пространстве между корпусом б и што ком втулки 11, ограниченном сверху кольцевым уступом .-.штока, а снизу торцом фиксатора 14, установленного на штоке на скользящей шпонке и снабженного пружиной 15. Радиус шара превышает толщину стакана.10. Фиксатор 14 своим кольцевым выступом упирается в дно стакана 10,. а пружина 15 сжата под действием более жесткой пружины 12. Устройство работает следующим образом. Перед спуском устройства в скважину стакан 10 поворачивают на требуемый угол относительно сместителя 7 и жестко фиксируют в корпусе б, После промывки и проработки скважины устройство подвешивают без вращения над забоем. При зтом. шар 13 под действием собственного веса занимает нижнее положение. При подстановке на забой и создании осевой нагрузки втулка 11 под действием боковой составляющей нагрузки, а также веса устройства прижимается ребристой поверхностью к стенке скважи- ны, чем исключает вращение втулки. При перемещении втулки 11 вниз сжимается возвратная пружина 12, а пружина 15 разжимается, и шар 13 фиксируется в нижнем положении между торцом фиксатора 14 и уступом штока. При дальнейшем перемещении втулки 11 . ,шар 13, контактируя со скольжением с наклонным торцом стакана 10 поворачивает корпус отклонителя до.совмещения нижней точки наклонной поверхности с шаром, после чего шаг входит в продольную прорезь стакана. При этом на поверхности уступа штока, контактирующей с шаром, могут быть выполнены гнезда, ограничивающие радиальное и окружное перемещение шара при его скольжении по нак- лонной плоскости стакана 10. Затем хвостовик втулки 1.1, действуя через пружину 9 на ползун 8, перемещает его вниз. При зтом сместитель 7 выдвигается из корпуса б до упора в стенку скважины, а нижняя часть отклонителя вместе с долотом 3 прижимает.ся к противоположной стенке скважины. После этого втулка 11 упирается своим коническим уступом в торец корпуса б, войдя с ним в неподвижное за-цепление. Бурильная колонна приводится во вращение, которое посредством ротора 4, вяла 1 и переходника 2 передается буровому долоту 3. Осевая нагрузка .на долото передается через втул- ку 11, корпус б и переходник 2, часть осевой нагрузки передается через ползун 8 на сместитель 7, обусловливая прижатие его к стенке скважины с требуемым отклонянвдим усилием. Под действием отклоняющего усилия долото 3 углубляет.скважину под некоторым заданным углом к первоначальному направлению ствола. Корпус б вместе с втулкой 11 продвигается по мере углубки скважины вдоль ее. ствола. При этом продольные ребра или катки сместителя 7 и втулки 11 вдавливаются в породу и препятствуют проворачиванию втулки и сместителя, обеспечивая в то же время продвижение устройства вдоль ствола ск-важины. В процессе бурения можно многократно осуществлять повторное ориентирование устройства. Для этого прекращают .Крашение бурового снаряда, полностью снимают осевую нагрузку с устрой.ства, а затем снова доводят ее

до оптимальной, после чего бурение продолжают.

При снятии осевой нагрузки втулка 11 выводится пружиной 12 в крайне верхнее положение с высвобождением шара 13 и втягиванием сместителя 7 внутрь корпуса 6, т.е. устройство приводится в исходное положение.

Устранение непосредственного контакта чувствительного элемента с окружающей средой (стенки скважины,промывочная жидкость и т.д.), что характерно для аналогичных конструкций, и при его косвенном взаимодействии с невращающимся узлом устройства - с одной стороны и с поворотным узлом отклонителя - с другой стороны, позволяет повысить надежность работы отклонителя на 30-35% и расширить область его применения.

Формула изобретения

1. Устройство для бурения направленных -скважин, включающее корпус

телескопический вал, подвижную подпружиненную втулку, ориентатор, размещенный во внутренней полости корпуса, снабженный элементом качения и стаканом с наклонной торцовой несамотормозящейся поверхностью, отк-. лонитель, отличающее ся тем, что, с целью повышения точности и ускорения процесса ориентирования отклонителя в заданном направлении, втулка выполнена с продольны0ми ребрами на наружной поверхности, а стакан жестко связан с корпусом, причем втулка установлена с возможностью взаимодействия в рабочем положении с отклонителем, а ее ребра со стенками ствола.

5

2. Устройство по и,,; отличающееся тем, чтс| но в верхней части имеет шарнирную муфту, размещенную над втулкой. Источники информации,

0 принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 478928, кл. Е 21 В 7/08, 1975.

2.Патент США № 2632630, кл. 166-177.5,1953 (прототип).

.i