Самоориентирующийся забойный отклонитель Советский патент 1982 года по МПК E21B7/08 

Игобретение относится к бурению , а именно к техническим средствам для управления траекторией ство ла скважины при бурении забойными двигателями, и предназначено для проводки наклонно направленных скважин.

Известен устанавливаемый между корпусом турбобура и шпинделем самоориентирующийся забойный отклонитель состоящий из цилиндрического полого корпуса с равномерно расположенными по окружности радиальными гидрокамерами, в которых размещены подпружиненные плунжерные поры. Выдвижение плунжерных упоров,j а следовательно, и закрепленных на них башмаков обеспечивается давлением потока рабочей жидкости, который проходит через отверстие в распределитель. Требуемый угол установки отклонителя относительно плоскости искривления (апсидальной плоскости) задается на поверхности соответствующим расположением отверстия в распределителе потока относительно эксцентричной массы, а интенсивность искривления - площадью сечения отверстия 1.

Отклоняющая сила самоориентирующегося забойного отклонителя пропорциональна давлению потока промывочной.

жидкости. Но так как значительный перепад давления промывочной жидкости расходуется для привода турбобура, то эффективность установленного ниже забойного двигателя отклонителя низ- U кая.Поэтому его целесообразнее устано вить над забойным двигателем. Однако в этом случае эффективность отклонителя снижается в связи с отдалением

10 действия отклоняющей силы от долота. Возможность прогиба инструмента на Интервале от долота до отклонителя и касания его со стволом скважины вызывает несовпадение направления сме15щения долота с заданным углом установки отклонителя.

При работе плунжеров гидрокамер в буровом растворе возможно заклинивание и промыв их, приводящий к прямо2«му перетоку раствора в эатрубное пространство. Кроме того, трение в подшипнике распределителя, увеличенное силой поджатия его скоростным потоком промывочной жидкости, обусловли25вает возможность заклинивания, что значительно снижает надежность работы отклонителя.

Наиболее близким к предлагаемому является самоориентирующийся забой30ный отклонитель, включающий полый корпус/ имеющий кольцевую герметичную гидрокамеру с рабочей жидкостью в которой расположен распределитель потока рабочей жидкости с эксцентрич ной массой, и равномерно расположенные по окружности корпуса с его наружной и внутренней сторон выдвижные лоршни 2. Наружные поршни выдвигаются из корпуса силой давления рабочей жидкости вследствие давления на нее пор шнями силой давления промывочной жид кости. Однако использование давления про мывочной жидкости для выдвижения пру жиц устройства при установке его ниже турбобура не обеспечивает необходимую эффективность действия отклоня ющей силы устройства. Цель изобретения повышение эффективности и надежности в работе пу тем использования пульсации давления рабочей жидкости вгидрокамере при взаимодействии выдвижных элементов со стенками скважины. Указанная цель достигается тем, что в самоориентирующемся забойном отклонителе, включающем полый корпу имеющий кольцевую герметичную гидро камеру, в которой расположен распре делитель потока рабочей жидкости с эксцентричной массой и равномерно расположенные по окружности выдвижные элементы, в распределителе пото ка выполнены две полости, связанные между собой перепускным клапаном и имеющие ограничитель давления, причем каждая полость распределителя потока гидравлически связана с одно из противоположно расположенных гру выдвижных элементов. На фиг. i изображен самоориентирующийся забойный отклонитель в ком поновке низа бурильного инструмента продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1. Самоориентирующийся забойный отклонитель состоит из корпуса 1, при соединяемого к ниппелю забойного дв гателя и выполненного с гидрокамера ми и I расположенными равномерно по окружности, в каждую, из которых помещен самоуплотняющийся выдвижной элемент, состоящий из плунжера 2 и штока 3. На штоках укреплены башмаки 4, связанные между собой гибкой тягой 5. В полости корпуса установл на шаровой опоре 6 распределитель 7 потока рабочей жидкости ,со смещенным центром тяжести, что достигаетс наличием в нем участка 8, залитого металлом с больщим удельным весом. Полость корпуса, в крторой заключен распределитель, и гидрокамеры образуют закрытую гидравлическую систему, заполненную рабочей жидкостью, например маслом, и герметически отделенную от циркуляции промывочной жидкости. Объем жидкости, заключенный в гидравлической системе, подобран таким образом, что башмаки плунжеров соприкасаются со стенками скважины, т.е. диаметр окружности, описываемой башмаками, равен диаметру скважины (долота). Распределитель потока выполнен с двумя полостями (J и В, каждая из которых сообщается посредством соединительных каналов г- с одной из противоположно расположенных групп гидрокамер, а между собой эти полости связаны перепускным клапаном 9 и ограничителем 10 давления. Таким образом,закрытая гидравлическая система отклонителя разделена на две части,соединенные с помощью перепускного клапана, который предназначен для придания жидкости одностороннего движения при пульсации давления в гидрокамерах, ограничитель давления служит для регулирования величины отклоняющей силы. Устройство работает следующим образом. Башмаки 4 взаимодействуют со стенками скважины от вибраций компоновки низа бурильного инструмента в процессе ,бурения. Усилие от башмаков передается посредством штока3. на плунжер 2, в результате чего создается пульсация давления в гидрокамерахС( . Перепускной клапан 9 придает пульсирующей жидкости одностороннее движение, обеспечивая этим переток ее из одной группы гидрокамер в другую (противоположную) . Давление рабочей жидкости в наполняемых гидрокамерах возрастет, вследствие чего возникает от-., клоняющая сила,которая смещает корпус 1 отклонителя,а вместе с ним и долото в определенном направлении. Ориентирование отклонителя происходит в следующей последовательности. Вращающийся на шаровой опоре 6 распределитель 7 потока со-смещенным центром тяжести занимает в наклонной скважине одно определенное положение . .Утяжеляющий участок 8. его будет нахо-,. диться в крайнем нижнем положении в плоскости искривления скважины независимо от положения бурильного инструмента. Поэтому при поворотё .инструмента, в том числе и от действия реактивного момента забойного двигателя направление смещения башмаков (направлениз смещения оси корпуса отклонителя) т.е. ориентация отклонителя относительно плоскости искривления скважины, остается постоянной. При этом изменяется только характер распределения объема жидкости в гидрокамерах и соответствующий ему порядо.к смещения башмаков в зависимости от угла поворота инструмента. Угол установки

отклонителя относительно плоскости искривления скважины задается на поверхности соответствующим взаимным расположением полостей и & относительно участка 8 с эксцентричной массой в распределителе 7 потока.

Интенсивность искривления отклонителя пропорциональна величине давления жидкости в наполненн|;2х гидрокамерах и регулируется пружиной-ограничителя 10 давления.

Учетка жидкости из наполненных гидрокамер по забору между нижним торцом распределителя 7 и корпусом 1 не влияет на работу отклонителя, так как она постоянно компенсируется при наличии вибраций. При неработающем забойном двигателе жидкость- перетекает между гидрокамерами по этому зазору. Гибкие тяги 5 обеспечивают одинаковое ее распределение в гидроксьмеpax и равномерное выдвижение башмаков, не препятствуя безопасному ведению спуско-подъемных операций. При вращении ротором, например, при проработках ствола скважины также выдвигаются равномерно, поскольку быстрая смена соединяемых с .полостями распределителя гидрокамер препятствует наполнению определенных из

них.

Технико-экономическая эффективност самоориентирующегося отклонителя заключается в возможности установки его на ниппеле забойного двигателя в непосредственной близости к долоту. Это позволяет приблизить действие отклоняющей силы на минимальное расстояние (менее 1 м) от торца долота. При этом исключается возможность касания б рильного инструмента со стволом скважины на участке между долотом и отклонителем, благодаря чему отклоняющая сила действует на долото в заданном направлении.

Формула изобретения

Самоориентирующийся забойный отклонитель, включающий полый корпус, имеющий кольцевую герметичную камеру с рабочей жидкостью, в которой расположен распределитель потока рабочей жидкости с эксцентричной массой и равномерно расположенные по окружности выдвижные элементы, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и надежности в работе путем использования пульсации давления рабочей жидкости в гидрокамерё, в распределителе потока выполнены две полости, связанные между собой перепускным клапаном и имеющие ограничитель давления, причем каждая полость распределителя потока гидравлически связана с одной из противоположно расположенных групп выдвижных элементов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 541012, кл. Е 21 В 7/10, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР 142239, кл. Ё 21 В 7/08, 1961. фуг ///./