Устройство для управления компоновкой нижней части бурильной колонны

 

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для проводки наклонного ствола скважины. Цель - расширение функциональных возможностей путем изменения направления и частоты вращения корпуса. Устройство включает вал 1, корпус 3 с опорными элементами 4,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических

РЕСПУБЛИК (19) (11) 1680920 А1 (я)5 Е 21 В 7/08

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ЫОМ63Щ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,",-, „,„", " .","""

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I

Я (21) 4664067/03 (22) 21.03.89 (46) 30,09.91. Бюл. № 36 (71) Уфимский нефтяной институт (72) А.В.Лягов, Б.З,Султанов, P.Р.Сафиуллин, Д.И.Чистов и P,Х.Юмашев (53) 622.242;2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1263800, кл. Е 21 В 7/10, 1985.

Патент США ¹ 3318397, кл, 175 — 73, 1964. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

КОМПОНОВКОЙ НИЖНЕЙ ЧАСТИ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ (57) Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для проводки наклонного ствола скважины. Цель— расширение функциональных возможностей путем изменения направления и частоты вращения корпуса. Устройство включает вал 1, корпус 3 с опорными элементами 4, 1680920

3 узел вращения корпуса 3 и средство распределения потока промывочной жидкости.

Последнее выполнено в аиде втулки 11 с диффузором.12 в верхней части и радиаль, ными отверстиями 13 под ним. Узел враще, ния корпуса 3 выполнен в виде героторного механизма, ротор которого выполнен за одно целое с валом 1, а статор 6 жестко связан с корпусом 3, Вал 1 имеет верхние отверстия 7 и нижние отверстия 8 для гидравлической связи полости героторного механизма с полостью вала 1, Втулка 11 расположена между отверстиями 7 и 8. В исходном положении отверстие 13 совмещено с отверстием 7. Втулка 11 может удерживаться в исходном положении пружиной

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для проводки наклонного ствола скважины.

Цепь изобретения — расширение функциональных возможностей путем изменения направления и частоты вращения корпуса, На фиг.1 схематически изображено устройство для управления компоновкой нижней части бурильной колонны; на фиг,2 — 5— средство распределения потока промывочной жидкости устройства, варианты выполнения; на фиг.б — cõåìý включения устройства в компоновку нижней части бурильной колонны, Устройство включает в себя вал 1, установленный на нем на подшипниках 2 корпус 3 с опорными элементами 4 на наружной поверхности, узел вращения корпуса 3 и средство распределения потока промывочной жидкости. Опорные элементы 4 имеют вставки 5 из износостой кого материала.

Узел вращения корпуса 3 выполнен в виде героторного механизма, Ротор последнего выполнен за одно целое с валом 1, а статор 6 жестко связан с корпусом 3. Вал 1 выполнен полым и имеет верхние 7 и нижние 8 радиальные отверстия. Героторный механизм снабжен уплотнениями 9. Корпус

3 относительно вала 1 расположен эксцентрично, Вал 1 связан реэьбовыми соединениями с переводниками 10. Средство распределения потока промывочной жидкости может быть выполнено в виде подпружиненной относительно вала 1 втулки 11 с диффуэором 12 в верхней части и радиальными отверстиями 13 под ним.

14. Корпус 3 установлен на валу 1 на подшипниках 2 эксцентрично. Устройство устанавливают над долотом и соединяют с бурильными трубами. Для привода долота может быть использован забойный двигатель. При прохождении промывочной жидкости через диффузор 12. понижается ее давление в области отверстия 13. Это вызывает движение промывочной жидкости через полость героторного механизма, При вращении корпуса элементы 4 взаимодействуют со стенкой ствола скважины. При этом бурильные трубы и долото смещаются от оси скважины. Последняя искривляется в азимутальном направлении, 2 з.п, ф-лы, 6 ил, В крайнем верхнем положении втулки

11 радиальные отверстия 13 совмещены с верхними отверстиями 7 вала 1. В этом положении втулка 11 удерживается пружиной

5 14 или элементом 15 из легкоразрушаемого материала, Средство распределения потока промывочной жидкости может быть выполнено в виде седла 16, расположенного между от10 верстиями 7 и 8 вала 1, и установленной на нем втулки 1. с воронкой 18, Компоновка нижней ча...—.и бурильной колонны может включать устройства для управления последней, долото 19, бурильные трубы 20, 15 забойный двигатель 21. В полость бурильных труб 20 сбрасывают шар 22.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Компоновка нижней части бурильной

20 колонны может включать одно или два устройства, Через переводники 10 вал 1 каждого устройства соединяется с бурильными трубами 20 и долотом 19. Над бурильными трубами 20 устанавливается забойный дви25 гатель 21.

Компоновка нижней части бурильной колонны спускается в наклонную скважину и долото 19 устанавливается на ее забой.

По бурильной колонне к забойному двига30 телю 21 подается промывочная жидкость расходом Q. При протекании промывочной жидкости через диффузор 12 происходит преобразование энергии давления ее потока Q в энергию скоростного напора, При

35 этом за критическим сечением Б — Б резко понижается давление промывочной жидкостью. В результате этого возникает эжекционный эффект, при котором осуще1680920

Под действием давления промывочной жидкости элемент 15 разрушается и втулка

11 перемещаешься в крайнее нижнее положе- 4О ние. Промывочная жидкость через верхние отверстия 7 вала 1 поступает в полость героторного механизма. При этом вращение корпуса 3 совпадает с направлением вращения долота 19.

При дальнейшем углублении скважины ее ствол отклоняется в сторону увеличения азимута, Втулка 11 мажет удерживаться в исходном положении пружиной 14, При расходе 0 промывочной жидкости верх- 50 ние отверстия 7 вала 1 и радиальные отверстия 13 втулки 11 совмещены. Часть промывочной жидкости расходом 0> циркулирует через полость героторного ме-. ханизма. Корпус 3 при этом вращается в противоположную направлению вращения долота 19 сторону. Опорные элементы

4 при вращении корпуса 3 взаимодействуют со стенкой ствола скважины, обесточивая смещение корпуса 3 от аси ствола

55 ствляется циркуляция промывочной жидкости расходом Qi через героторный механизм.

Промывочная жидкость из полости последнего через верхние отверстия 7 вала 1 и радиальные отверстия 13 поступает в полость вала 1, Поступая в расширяющуюся часть втулки 11, энергия потока промывочной жидкости расходом 0+01 преобразуется в энергию давления, 10

При достижении фронта волны давления промывочной жидкости до нижних отверстий 8 вала 1 часть промывочной жидкости расходом 01 поступает в полость героторного механизма, герметичность которой обеспечивается уплотнениями 9..

При этом статар 6 и связанный с ним корпус 3 вращаются на подшипниках 2. Направление вращения корпуса 3 зависит от геометрии статора 6 и наружной поверхно- 2п сти вала 1, При вращении корпуса 3 в противоположную направлению вращения долота 19 сторону за счет эксцентриситета "е" опорные элементы 4, армированные вставками 5 из износостойкого материала, взаимодействуют со стенкой ствола скважины. В результате этого устройство и связанные с ним бурильные трубы 20 и долото 19 смещаются от аси ствола скважины. ЗО

Долото 19 разрушает горную породу преимущественно в направлении уменьшения азимута ствола скважины. Для увеличения азимута ствола скважины в полость бурильной колонны сбрасывают шар 22, ко- 35 тарый закрывает диффузар 12, скважины, которая в этом случае искривляется в сторону уменьшения азимута.

При увеличении расхода промывочной жидкости на Л0 ее давление на втулку 11 увеличивается. Последняя перемещается вниз на величину Hi. При этом верхние отверстия 7 вала 1 закрепляются втулкой 11 и промывочная жидкость не поступает в полость гераторного механизма, Устройство при таком положении втулки 11 выполняет функцию центратора, корпус которого совершает движение по закону эксцентриситета. Источником такого режима движения является взаимодействие опорных элементов 4 корпуса 3 со стенкой скважины и трение вала 1 со статором 6.

При дальнейшем увеличении расхода промывочной жидкости на величину Ь0г втулка 11 перемещается в крайнее нижнее положение, Часть промывочной жидкости расходом 0з циркулирует через полость геротарного механизма, Корпус 3 вращается в направлении вращения долота 19.

Корпус 3, вращаясь по закону эксцентриситета, опорными элементами 4 взаимодействует со стенкой ствола скважины и отклоняет долото 19 в направлении увеличения азимута, Для регулирования частоты вращения корпуса 3 в процессе бурения применяют устройство, у которого средства регулирования патока промыво ной жидкости выполненс в виде седла 16 и втулки 18 с воронкой 12 в верхней части.

Для увеличения расхода проходящей через гератарный механизм промывочной жидкости и, соответственна, частоты вращения корпуса 3 в полость бурильной колонны сбрасывается втулка 17, у которой диаметр аг отверстия меньше диаметра d> отверстия седла 16, Сбрасывая в полость бурильной колонны втулки 17 с различным диаметром отвеастия, можно увеличивать частоту вращения корпуса 3. Если закрыть втулку

17 шаром 22, то вся промывочная жидкость циркулирует через геротарный механизм. Для стабилизации направления ствола скважины в компоновку нижней части бурильной колонны включан т деа устройства, которые расположены на расчетном расстоянии "а" одно от другого и имеют противоположное направление вращения корпуса 3. Эксцентриситеты корпусов

3 этих устройств расположены в диаметрально противоположном направлении. Такое положение корпусов 3 обеспечивает их вра цение по закону эксцентриситета в противофазе.

1680920

Под действием осевой нагрузки Р на корпусе забойного двигателя 21 возникает реакция RT и отклоняющая сила Q на долоте

19, а также реакция R< и Rz на нижнем и верхнем устройствах. 5

В любой момент времени t R1 и Rz компенсируют друг друга и сила Q на долоте 19 равна нулю.

Формула изобретения 10

1. Устройство для управления компоновкой нижней части бурильной колонны, включающее вал, установленный на нем на подшипниках корпус с опорными элементами на наружной поверхности и с узлом вра- 15 щения, отличающееся тем,что,сцелью расширения функциональных возможностей путем изменения направления и частоты вращения корпуса, оно снабжено средством распределения потока промы- 20 вочной жидкости, узел вращения корпуса выполнен в виде героторного механизма, статор и ротор которого связаны с корпусом и валом соответственно, причем ротор выполнен полым и имеет для гидравлической связи полости героторного механизма с полостью его ротора верхние и нижние радиальные отверстия, средство распределения потока промывочной жидкости расположено между последними, а корпус относительно вала расположен эксцентрично.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем„что средство распределения потока промывочной жидкости выполнено в виде подпружиненной относительно ротора втулки с диффузором в верхней части и радиальными отверстиями под ним, причем последние в исходном положений втулки совмещены с верхними радиальными отверстиями ротора.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что средство распределения потока промывочной жидкости выполнено в виде седла и установленной на нем втулки с воронкой в верхней части, 1680920

Составитель В. Родина

Редактор Л, Лисина Т M.Моргентал ехред Корректор А. Осауленко

Тираж Подписное

Заказ 3293 б етениям и открытиям при ГКНТ СССР

ВНИИПИ Государственного комитета по изо ретениям и р

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-изд

- здательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101