Компоновка низа бурильной колонны
Компоновка низа бурильной колонны относится к буровой технике, а более конкретно к установкам для бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин.
Компоновка содержит гибкую трубу, соединенную с устройством для создания нагрузки на долото, винтовой забойный двигатель и долото.
Для повышения эффективности бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин путем поддержания усилия на долото в любой момент времени и увеличение длины горизонтальных скважин устройство для создания нагрузки на долото содержит цилиндрический корпус с центральным каналом для прохода рабочей жидкости, на котором расположены две поршневые группы и устройство управления между ними. Каждая поршневая группа содержит подвижный цилиндр с захватами, выполненный с возможностью перемещения по цилиндрическому корпусу, в корпусе которого расположены неподвижный и подвижный поршни, установленные на цилиндрическом корпусе. Корпус каждого подвижного цилиндра соединен с захватом, который выполнен в виде лопасти, имеющей с внутренней стороны ролики, взаимодействующие с подвижным поршнем поршневой группы. Каждая из лопастей установлена на пружинах, шарнирно закрепленных с одной стороны на подвижном цилиндре, а с другой - на втулке с возможностью перемещения по цилиндрическому корпусу. Подвижный поршень со стороны захватов имеет клиновидные выступы, которые при перемещении взаимодействуют с роликами лопастей.
Устройство управления поршневыми группами содержит клапан включения, обратный клапан и распределители, управляющие положением захватов и подачей рабочей жидкости в полости подвижных цилиндров.
Полезная модель относится к буровой технике, а более конкретно к установкам для бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин.
Известна компоновка низа бурильной колонны для бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин, состоящая из колонны бурильных труб, долота, забойного двигателя и телескопического устройства, установленного между нижней трубой бурильной колонны и забойным двигателем. Конструкция телескопического устройства определяет нагрузку на долото в процессе бурения /1/.
Однако известное техническое решение является конструктивно сложным и не позволяет осуществлять регулирование нагрузки на забой в процессе бурения.
Известна также компоновка низа бурильной колонны для бурения скважины винтовым забойным двигателем, состоящая из бурильной колонны, долота, винтового забойного двигателя и телескопической системы, установленной между нижней трубой бурильной колонны и двигателем. Телескопическая система (устройство для создания нагрузки на долото) состоит из цилиндра, соединенного с бурильной колонной, и расположенного внутри нее поршня, соединенного с корпусом двигателя. В нижней части цилиндра выполнены отверстия, сообщающие внутреннюю полость цилиндра с затрубным пространством. На верхнем конце поршня установлено посадочное седло для размещения в нем стационарной или сбрасываемой насадки, выполняемой с хвостовиком под овершот. Известная компоновка позволяет осуществлять регулирование нагрузки на забой в процессе бурения.
Недостатком известного устройства является низкая эффективность бурения скважин из-за падения нагрузки на долото при сбросе давления и восстановления его только через определенный промежуток времени при последующей подаче трубы на определенную длину. Кроме того, управление
компоновкой низа бурильной колонны осуществляется с поверхности, поэтому требуется много времени на обработку сигналов управления, а подача гибкой трубы с поверхности скважины создает трудности при проталкивании гибкой трубы, что ограничивает длину горизонтальных скважин.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин путем поддержания усилия на долото в любой момент времени и увеличение длины горизонтальных скважин.
Поставленная задача достигается тем, что в компоновке низа бурильной колонны, содержащей гибкую трубу, соединенную с устройством для создания нагрузки на долото, винтовой забойный двигатель и долото, устройство для создания нагрузки на долото содержит цилиндрический корпус с центральным каналом для прохода рабочей жидкости, на котором крепятся две поршневые группы с устройством управления между ними. Каждая поршневая группа содержит подвижный цилиндр с захватами, выполненный с возможностью перемещения по цилиндрическому корпусу, при этом в корпусе подвижного цилиндра расположен поршень, жестко закрепленный на цилиндрическом корпусе и подвижный поршень, закрепленный на цилиндрическом корпусе и имеющий со стороны захватов клиновидные выступы.
Каждый захват выполнен в виде лопасти, с внутренней стороны которой установлены ролики, взаимодействующие с подвижным поршнем, при этом лопасть соединена с пружинами, шарнирно закрепленными с одной стороны на подвижном цилиндре, а с другой - на втулке с возможностью перемещения по цилиндрическому корпусу.
Устройство управления содержит клапан включения, обратный клапан и распределители, управляющие положением захватов и подачей рабочей жидкости в полости подвижных цилиндров.
Предлагаемое устройство обеспечивает поддержание постоянной осевой нагрузки на долото весь период времени и одновременно воздействует на гибкую трубу, затягивая ее в скважину и увеличивая длину горизонтальной
скважины. Расположение устройства управления между двумя поршневыми группами сокращает время на обработку информации.
На фиг.1 представлена общая схема компоновки низа бурильной колонны;
на фиг.2 - устройство для создания нагрузки на долото;
на фиг.3 - схема поршневой группы в момент сцепления со стенкой скважины.
Компоновка низа бурильной колонны состоит из гибкой трубы 1, соединенной с устройством для создания нагрузки на долото 2, винтового забойного двигателя 3 и долота 4. Компоновка может также содержать устройство телеметрии и ориентатор, расположенные между устройством для создания нагрузки на долото 2 и винтовым забойным двигателем 3.
Устройство для создания нагрузки на долото 2 состоит из двух поршневых групп 5, 6 и устройства управления 9, размещенных на цилиндрическом корпусе 10, соединенного с гибкой трубой 1 и имеющего центральный канал для прохода рабочей жидкости. Каждая из поршневых групп 5, 6 состоит из подвижного цилиндра (13 - в первой поршневой группе 5 и 14 - во второй поршневой группе 6) и расположенного внутри него и жестко закрепленного на цилиндрическом корпусе 10 поршня (11 в поршневой группе 5 и 12 - в поршневой группе 6). Подвижные цилиндры 13 и 14 имеют полости 15, 16, образованные между неподвижным поршнем 11 и корпусом цилиндра 13 в первой поршневой группе и 17,18 - между неподвижным поршнем 12 и корпусом цилиндра 14 во второй поршневой группе. Каждая из полостей 15, 16 и 17, 18 соединена каналами с устройством управления 9. В корпусе подвижного цилиндра 13 расположен также подвижный поршень 19, а в корпусе подвижного цилиндра 14 - подвижный поршень 20, которые имеют сложную форму. Подвижные цилиндры 13, 14 в каждой поршневой группе 5 и 6 соединены соответственно с захватами 7, 8. Захваты 7 и 8 выполнены в виде лопастей 21 и 22 и установлены с двух сторон на плоских пружинах 23 и 24, которые с одной стороны шарнирно соединены с корпусом цилиндра 13 (в первой поршневой группе), и с корпусом цилиндра 14 (во второй поршневой
группе). С другой стороны захваты 7 и 8 с помощью шарниров соединены соответственно со втулками 25 (в поршневой группе 5) и 26 (в поршневой группе 6), которые имеют возможность перемещения по цилиндрическому корпусу 10.
На осях лопастей 21 и 22 со стороны подвижных поршней 19 и 20 установлены ролики 27 и 28. В каждой поршневой группе 5, 6 в зоне расположения лопастей 21 и 22 подвижные поршни 19 и 20 имеют клиновые выступы, которые при перемещении подвижных цилиндров 13, 14 взаимодействуют с роликами 27 и 28. Для возврата подвижных поршней 19 и 20 в исходное положение между ними и корпусами цилиндров 13 и 14 установлены возвратные пружины 29 и 30.
Устройство управления 9 включает в себя клапан 31 для включения-выключения устройства, распределители 32 и 33, обратный клапан 34 и предохранительный клапан 35. Распределитель 32 связан каналами с полостями 15, 16, 17, 18 и управляет подачей рабочей жидкости в полости подвижных цилиндров 13 и 14. Распределитель 33 связан каналами, выполненными в цилиндрическом корпусе 10 с полостями 36 (37) между корпусом цилиндра 13 (14) и подвижным поршнем 19 (20) и управляет положением захватов, которые могут иметь следующие состояния:
- включен захват первой поршневой группы;
- включены захваты первой и второй поршневых групп;
- включен захват второй поршневой группы.
Кроме того, распределители 32 и 33 связаны с затрубным пространством скважины каналом, который содержит обратный клапан 34.
Компоновка работает следующим образом.
При недостатке осевого усилия на долото 4 при прохождении горизонтальной скважины включается устройство управления 9.
При включении клапана 31 срабатывает распределитель 33 и рабочая жидкость по каналам поступает в полость 36 первой поршневой группы и начинает давить на поршень 19. Поршень 19 перемещается влево и своей
клиновой частью через ролики 27 выталкивает лопасти 21, которые упираются в стенки скважины и удерживают компоновку от осевого смещения. Ролики 27 перемещаются по клиновой части подвижного поршня 19 и пружины поднимают лопасти 21 до сцепления со стенками скважины (фиг.3).
После этого срабатывает распределитель 32 и рабочая жидкость по каналам поступает в полость 15 между неподвижным поршнем 11 первой поршневой группы и корпусом подвижного цилиндра 13, заставляя цилиндрический корпус 10 перемещаться вправо подтягивая гибкую трубу 1 и создавая усилие на долото 4. При этом жидкость из полости 16 первой поршневой группы 5 через распределитель 32 выталкивается в затрубное пространство скважины.
Одновременно с подачей рабочей жидкости в полость 15 первой поршневой группы 5 рабочая жидкость поступает в полость 18 второй поршневой группы 6, заставляя корпус цилиндра 14 с захватом 8 перемещаться вправо. При этом рабочая жидкость из полости 17 между неподвижным поршнем 12 и корпусом цилиндра 14 второй поршневой группы через распределитель 32 выталкивается в затрубное пространство скважины.
Затем распределитель 33 подает рабочую жидкость в полость между подвижным поршнем 20 и корпусом цилиндра 14 второй поршневой группы 6 и подвижный поршень 20 перемещается вправо и приводит в действие лопасти 22 захвата второй поршневой группы, которые упираются в стенки скважины и удерживают компоновку от осевого смещения. После этого полость 36 через распределитель 33 соединяется с затрубным пространством скважины, в которое перетекает рабочая жидкость и пружина 29 возвращает подвижный поршень 19 первой поршневой группы в первоначальное положение. Лопасть 21 также возвращается в первоначальное положение плоскими пружинами 23.
После этого происходит переключение распределителя 32, который подает рабочую жидкость в полость 17 второй поршневой группы, рабочая жидкость действует на неподвижный поршень 12 и цилиндрический корпус 10
перемещается вправо, подтягивая за собой гибкую трубу 1 и создавая давление на долото. Рабочая жидкость из полости 18 через распределитель 32 выталкивается в затрубное пространство скважины. Одновременно с подачей рабочей жидкости в полость 17 второй поршневой группы происходит подача жидкости в полость 16 первой поршневой группы, давление действует на неподвижный поршень 11 и заставляет корпус цилиндра 13 первой поршневой группы с захватом перемещаться вправо вдоль цилиндрического корпуса 10. Рабочая жидкость из полости 15 первой поршневой группы через распределитель 32 уходит в затрубное пространство скважины.
Переключение распределителя 33 обеспечивает соединение полости 27 с затрубным пространством скважины. Пружина 30 возвращает подвижный поршень 20 в исходное положение и лопасть 22 пружины 24 втягивается в корпус цилиндра. Далее цикл повторяется.
Таким образом, попеременное включение захватов 7. 8 и подтягивание цилиндрического корпуса 10, соединенного с гибкой трубой 1 позволяет перемещать компоновку по горизонтальной скважине и одновременно осуществлять давление на долото 4.
Источники информации, принятые во внимание:
1. А.с. СССР №268341, опубл. 10.04.1970 г., Бюл. №14, МПК Е21в
2. Патент РФ №2164582, опубл. 27.03.2001 г., МПК Е21В 7/08, 19/08.
1. Компоновка низа бурильной колонны, содержащая гибкую трубу, соединенную с устройством для создания нагрузки на долото, винтовой забойный двигатель и долото, отличающаяся тем, что устройство для создания нагрузки на долото содержит цилиндрический корпус с центральным каналом для прохода рабочей жидкости, на котором расположены две поршневые группы и устройство управления между ними, при этом каждая поршневая группа содержит подвижный цилиндр с захватами, выполненный с возможностью перемещения по цилиндрическому корпусу, в корпусе подвижного цилиндра расположен поршень, жестко закрепленный на цилиндрическом корпусе и подвижный поршень, установленный на цилиндрическом корпусе с возможностью перемещения и имеющий со стороны захватов клиновидные выступы.
2. Компоновка по п.1, отличающаяся тем, что каждый захват выполнен в виде лопасти, с внутренней стороны которой установлены ролики, взаимодействующие с подвижным поршнем, при этом лопасть установлена на пружинах, шарнирно закрепленных с одной стороны на подвижном цилиндре, а с другой - на втулке с возможностью перемещения по цилиндрическому корпусу.
3. Компоновка по п.2, отличающаяся тем, что устройство управления содержит клапан включения, обратный клапан и распределители, управляющие положением захватов и подачей рабочей жидкости в полости подвижных цилиндров.
