Самоориентирующийся шарнирный отклонитель для направленного бурения

 

Использование: для искусственного искривления скважик при направленном или многозабойном бурении, Сущность изобретения: в корпусе, состоящем из двух частей, установлен полый вал с переходниками. Между корпусом и переходниками установлены подшипники. Корпус имеет жестко, с ним связанный эксцентричный груз и узел искривления, содержащий упорную втулку со скошенным торцом, установленную в нижней части верхней секции корпуса. Перед спуском устройства в скважину упорную втулку со скошенным торцом ориентируют и закрепляют относительно апсидальной плоскости скважины и закрепляют на корпусе . При спуске устройства эксцентричный груз ориентирует узел искривления и устанавливает его в рабочее положение. При постановке устройства на забой и подаче промывочной жидкости происходит перемещение секций корпуса и элементов шарнира до взаимодействия близлежащих торцов секций корпуса, за счет чего происходит его перекос. 2 з. п. ф-лы, 2 ил. ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 7/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1Q) Î

1(р ,Ql Ц (21) 4922658/03 (22) 29.03.91 (46) 30.03.93. Бюл. N 12 (71) Центрально-Казахстанское производственное геологическое объединение (72) А. И. Воронов (73) А, И. Воронов (56) Авторское свидетельство СССР

К 1033685, кл, Е 21 В 7/08, 1983.

Авторское свидетельство СССР

¹ 583274, кл. Е 21 В 7/06, 1972. (54) САМООРИЕНТИРУЮЩИЙСЯ ШАРНИРНЫЙ ОТКЛОНИТЕЛЬ ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ (57) Использование; для искусственного искривления скважин при направленном или многозабойном бурении, Сущность изобретения: в корпусе, состоящем из двух частей, установлен полый вал с переходниками, Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам для искусственного иСкривления скважин при направленном и многозабойном бурении и может быть использовано при бурении забойными двигателями и при роторном бурении;

Цель изобретения — повышение надежности и эффективности работы отклонителя, На фиг, 1 изображен продольный разрез отклонителя в транспортном положении, на фиг, 2 — в рабочем положении.

Самоориентирующийся шарнирныйотклонитель для направленного бурения включает полый вал, состоящий из верхней

1 и нижней 2 частей, соединенных шарниром. содержащим сферическую шлицевую пяту 3, размещенную внутри шлицевой втулки 4, жестко присоединенной к нижне„„ Ы„„1806255 А3

Между корпусом и переходниками установлены подшипники. Корпус имеет жестко с ним связанный эксцентричный груз и узел искривления, содержащий упорную втулку со скошенным торцом, установленную в нижней части верхней секции корпуса. Перед спуском устройства в скважину упорную втулку со скошенным торцом ориентируют и закрепляют относительно апсидальной плоскости скважины и закрепляют на корпусе. При спуске устройства эксцентричный груз ориентирует узел искривления и устанавливает его в рабочее положение. При постановке устройства на забой и подаче промывочной жидкости происходит перемещение секций корпуса и элементов шарнира до взаимодействия близлежащих торцов секций корпуса, за счет чего происходит его перекос. 2 з, п. ф-лы, 2 ил. му концу верхней 1 части вала, связанные с валом верхний 5 и ни>кний 6 переходники и расположенный между ними разъемный корпус, содержащий верхнюю 7 и нижнюю

8 секции, установленные с возможностью взаимного углового смещения, присоединенную к нижней части верхней 7 секции упорную втулку 9 со скошенным торцом 10, установленную с возможностью в рабочем положении взаимодействия скошенным торцом 10 с верхним торцом 11 нижней 8 секции, жестко связанный с верхней 7 секцией эксцентричный груз 12 и выполненную в противоположном ему секторе этой секции герметичную полость 13. Жестко присоединенная к нижнему концу верхней 1 и части вала шлицевая втулка 4 является опорой для подвески верхней 7 секции корпуса

1806255 с присоединенной к ней упорной втулкой 9, снабженной фиксатором 14 ее положения вдоль оси секции 7 и углового смещения относительно эксцентричного груза 12.

Внутри шлицевой втулки 4 в гладкой ее части установлен уплотняющий элемент-подпятник 15, постоянно сомкнутый с пятой 3 упругим (например, пружиной сжатия) элементом 16, обеспечивающим возможность в рабочем положении совместного осевого перемещения пяты 3 и подпятника 15. Между валом, корпусом и переходниками установлены радиальные 17 и упорные 18 подшипники, защищенные от засорения шламом уплотнителями 19. Между упорным подшипником нижней 8 секции корпуса и нижним 6 переходником установлена выполненная в виде П-образного в продольном сечении диска опора 20, B нижней секции 8 корпуса выполнены отверстия 21 для предотвращения скапливания шлама.

Верхний переходник 5 отклонителя служит для присоединения к нему бурильных труб (при роторном бурении) или забойного двигателя. К нижнему переходнику 6 присоединяется породоразрушающий инструмент непосредственно или через посредство, например, колонковой трубы, длина которой подбирается в зависимости от заданной интенсивности искривления скважины. Оба переходника имеют одинаковый наружный диаметр, превышающий диаметр корпуса (фиг. 1, Б — Б), что предотвращает трение корпуса о стенки скважины в момент ориентирования, Отклонитель работает следующим образом.

Перед спуском его в скважину упорную втулку 9 ориентируют и закрепляют фиксатором 14 относительно апсидальной плоскости скважины, т, е, относительно эксцентричного груза 12. После присоединения к отклонителю породоразрушающего инструмента и (в зависимости от способа бурения) — забойного двигателя или непосредственно бурильных труб, производят спуск в скважину, При спуске и перед постановкой отклонителя на забой верхняя секция 7 корпуса с эксцентричным грузом 12 и упорной втулкой 9 через посредство упорного подшипника 18 опирается на втулку 4 шарнира. Нижняя часть 2 полого вала с нижней секцйей 8 корпуса, переходником 6 и породоразрушающим инструментом — через посредство сферической шлицевой пяты 3 находится в подвешенном состоянии на внутреннем выступе втулки 4, При этом между торцами 10 и 11 верхней 7 и нижней

8 секциями корпуса образуется зазор " а " регулируемый при сборке отклонителя. Экс55 давление упругого элемента 16 опрокидывающего момента на нижнюю секцию 7 корпуса и далее на породоразрушающий инструмент не создают, B момент постановки породоразрушающего инструмента на забой скважины под

50 центричный груз 12 занимает нижнее положение в апсидальной плоскости наклонной скважины, а скошенный торец 10 упорной втулки 9 — заранее заданное положение относительно апсидальной плоскости. При этом, занятию эксцентричным грузом 12 нижнего положения в апсидальной плоскости скважины противодействуют силы трения, возникающие только между верхней 7 секцией корпуса через посредство подшипников 17 и 18 и верхней частью 1 вала, а аналогичные силы трения нижней части отклонителя на самоориентирование искривляющего устройства не влияют.

Жесткое соединение эксцентричного груза 12 с верхней 7 секцией корпуса за счет увеличения при этом радиуса груза 12 увеличивает эксцентриситет и массу груза 12 и, следовательно, момент действия его массы. Это повышает надежность ориентирования искривляющего устройства, эффективность его работы и упрощает конструкцию отклонителя, Более надежному и точному ориентированию искривляющего устройства способствует также эффект увеличения массы эксцентричного груза 12 за счет заполнения противоположного ему сектора объема полости верхней секции

7 корпуса не промывочной жидкостью, а, например, воздухом путем выполнения в этой части герметично закрытой полости 13.

Таким образом, наличие герметично закрытой полости 13 также увеличивает момент массы эксцентричного груза 12, погруженного в промывочную жидкость, и надежность ориентирования искривляющего устройства, При этом повышается эффективность работы отклонителя за счет повышения точности ориентирования искривляющего устройства и надежности удержания его в первоначально заданном положении в процессе бурения скважины с применением отклонителя. При подаче промывочной жидкости через бурильные трубы и полый вал отклонителя, благодаря наличию подпружиненного элемента — подпятника 15 и создаваемому промывочной жидкостью гидростатическому давлению на верхний торец уплотнительного элемента

15, истечение жидкости через шлицевую втулку 4 в скважину исключено, и она попадает под торец породоразрушающего инструмента. При этом воздействующие на пяту — шарнир 3 через подпятник 15 гидростатическое давление промывочной жидкости и

1806255

50

55 действием веса колонны бурильных труб, собственного веса верхней секции 7 корпуса с эксцентричным грузом 12 шлицевая втулка 4 надвигается на шлицевую пяту 3 на величину зазора "а". При этом торцовые поверхности 10 и 11 верхней 7 и нижней 8 секций корпуса сомкнутся в левой (в плоскости чертежа) периферийной зоне (точка "К", фиг. 2). При этом осевое давление, воспринимаемое от бурильных труб переходником

5, через посредство подшипников 18, верхней секции 7 корпуса и скошенного торца 10 упорной втулки 9 асимметрично передается на торец 11 нижней секции 8 корпуса, нижний упорный подшипник 18, диск 20, нижний переходник 6 и породоразрушающий инструмент, При этом П-образная в продольном сечении форма диска 20 создает условия для сосредоточения осевой нагрузки только на периферийную часть торца нижнего переходника 6, за счет чего увеличивается асимметричная нагрузка на породоразрушающий инструмент и асимметричное разрушение забоя скважины, что также повышает эффективность искривления скважины.

Вращение от бурильных труб передается на верхний 5 переходник, верхнюю часть 1 вала с шлицевой втулкой 4, на сферическую шлицевую пяту 3 и нижнюю часть 2 вала с нижним переходником 6 и далее породоразрушающему инструменту. При этом верхняя 7 секция корпуса с упорной втулкой 9 под воздействием эксцентричного груза 12, усиленным увеличением за счет совмещения груза с верхней секцией корпуса эксцентриситета его массы и полостью 13, а также сомкнутся с ней через посредство торцов 10 и 11 нижняя секция 8 корпуса вращаться не будут благодаря нали- чию между ними и валом 1 — 2 переходниками

5 и 6 подшипников 17 и 18. За счет асимметричной нагрузки на породоразрушающий инструмент и опрокидывающего момента, воздействующего на нижнюю секцию 8 корпуса отклонителя с породоразрушающим инструментом, будет происходить асимметричное разрушение забоя и искривление скважины, Вал и корпус отклонителя перекосятся соответственно в шарнире и в зоне разъема корпуса вокруг точки "К" до смыкания взаимодействующих поверхностей 10 и

11 частично или полностью в зависимости от стадии искривления и от длины колонковой трубы с породоразрушающим инструментом, Поскольку по мере искривления отклонителя уменьшается угол Р, взаимодействующие поверхности 10 и 11 сближаются, шлицевая втулка 4 будет надвигаться на шлицевую пяту 3, а геометрический центр перекоса шарнира будет постоянно находиться в зоне разъема и перекоса кор5

40 пуса отклонителя, образованного поверхностями 10 и 11, Поэтому взаимного смещения этих поверхностей не произойдет или оно будет минимальным, следовательно, между этими поверхностями не возникнет трение, в результате чего достигается максимальный эксцентриситет наложения нагрузки на породоразрушающий инструмент и, следовательно, повышается эффективность асимметричного разрушения забоя скважины.

При этом, поскольку искривляющее устройство выполнено совместно с верхней секцией 7 корпуса, то по этой причине достигается максимальный, равный радиусу корпуса, эксцентриситет, а также опрокидывающий момент от передачи величины осевой нагрузки через посредство только скошенного торца 10 упорной втулки 9 на торец 11 нижней секции 8 корпуса и далее на породоразрушающий инструмент, в результате чего надежность и эффективность работы отклонителя также повышаются, Формула изобретения

1. Самоориентирующийся шарнирный отклонитель для направленного бурения скважин, включающий полый вал с шаровым шарниром, связанные с валом верхний и нижний переходники, расположенный между ними разъемный корпус, содержащий верхнюю и нижнюю секции, установленные с возможностью углового смещения, эксцентричный груз, узел искривления отклонителя, содержащий упорную втулку со скошенным торцом и установленные между валом и корпусом подшипники,отл ич а ю щи и с ятем, что, с целью повышения надежности и эффективности работы, эксцентричный груз жестко связан с корпусом, втулка со скошенным торцом узла искривления связана с нижней частью верхней секции корпуса и установлена с возможностью взаимодействия с верхним торцом нижней секции корпуса. близлежащие торцы секций корпуса установлены друг относительно друга с зазором, а пята и подпятник шарнира — с возможностью осевого перемещения и расположения центра шарнира в рабочем положении в месте разъема корпуса.

2. Отклонитель по и. 1, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что он снабжен опорой, установленной между упорным подшипником нижней секции корпуса и нижним переходником и выполненной в виде П-образного в продольном сечении диска.

3. Отклонитель по пп. 1 и 2, о т л и ч а юшийся тем, что корпус со стороны, противоположной эксцентричному грузу, выполнен с герметичной полостью.

1806255

Составитель А. Воронов

Техред М.Моргентал Корректор М.Ткач

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 /

r(/ /

Заказ 969 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, >К-35, Раушская наб., 4/5