Самоориентирующийся забойный отклонитель гидравлический

 

Использование: для управления азимутальным искривлением стволов наклонно-направленных скважин Сущность изобретения: устройство включает цилиндрическую камеру с чувствительным элементом-маятником. В нижней части цилиндрической камеры установлен опорный фланец и клапанная головка с няпрарляюжмм фляЧцем Полость клапанной головки гидравлически связана шлангами с полостью камер, выдвигающих опорные колодки , установленные на основании, связанном с корпусом. Цилиндрическая камера установлена в корпусе с возможностью поворота относительно основания, что обеспечивает возможность установки откпонителя в указанном направлении без вращения колонны труб. 10 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4915688/03 (22) 01.0391 (46) 30.10.93 Бюл. Йа 39-40 (75) Григорьев М.Н„ Игревский ВИ„ Григорьева Т.М„

Григорьев П.М. (73) Григорьев Михаил Никифорович; Григорьева

Татьяна Михайловна (54) САМООРИЕНТИРУЮЩИЙСЯ ЗА6ОЙНЫЙ

ОТКЛОНИТЕЛЬ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ (57) Использование: для управления азимутальным искривлением стволов наклонно-направленных скважин Сущность изобретения: устройство вкпю(в) ЯЦ (и) 2002025 1 (5i) 187 08 чает цилиндрическую камеру с чувствительным элементом-маятником. В нижней части цилиндрической камеры установлен опорный фланец и клапанная головка с н правп о цим флнцем. Полость кпапанной головки гидравлически связана шлангами с полостью камер, выдвигающих опорные колодки, установленные на основании, связанном с корпусом. Цилиндрическая камера установлена s корпусе с возможностью поворота относительно основания, что обеспечивает возможность установки откпонителя в указанном направлении без вращения колонны труб. 10 ил.

2002025 4 Изобретение относится к техническим средствам для управления траекторией бурящихся наклонно-направленных и вертикальных скважин, а также для забуривания вторых стволов в аварийных скважинах, Известны забойные самоориентирующиося отклонители, работа которых не тре-бует спуска на забой специальных приборов для их ориентировки. В конструкциях этих

;, еханизмов используются эксцентричные рузы, маятники, диски с отверстиями, цилиндры с эксцентричными центами тяжести, которь|е через кинематическую и гидравлическую связь управляют упорными плун>керами и планками, Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является изобретение.

Недостатками существующих изобретений и указанного прототипа является то., что для изменения азимута направления откло- 20 няющего устройства необходимо поаорачивать на необходимый угол всю бурильную колонну. В предлагаемом решении этот не,остаток устраняется.

Цель изобретения — повышение точности, расширение воэможностей устройства по управлению траекторией бурящихся скважин, сокращение трудовых и материальных затрат. г

Сущность изобретения заключается в- 30 способности предлагаемого механизма в . фиксировании забойного двигателя и бурильной колонны от проворота их в скважине от реактивного момента двигателя, ориентировать систему отклоняющих сил в 35 расчетном направлении, исключить необходимость постоянного контроля и вмешательства в процессы управления траекторией скважины с поверхности путем геофизических измерений и поворота ко- 40 .л он н ы бурил ьн ых труб.

В предлагаемом устройстве объединены высокая чувствительность к зенитному углу маятникового механизма и неограниченные динамические и кинетические воз- 45 можности гидросистем.

На фиг.1 — 6 и редставлено устройство самоориентирующеося забойного отклонителя гидравлического.

Самоориентирующийся забойный от- 50 клон ител ь гидра вл ически и (фиг,1-4) состоит из корпуса 1, с которым жестко связан резьбовым соединением узел 2 коррекции траектории скважин, выполненный в виде основания. В корпусе 1 размещен чувстви- 55 тельный элемент маятник 3, установленный в цилиндрической камере 4, которая расположена соосно в корпусе 1. Цилиндрическая камера 4 на резьбе крепится к опорному ланцу 5, который на сварке через трубкистойки 6 соединен с основанием узла 2 коррекции. Отклонитель снабжен переводником 7 для соединения с центратором или утяжеленным бурильными трубами. К верхнему днищу цилиндрической камеры 4 приварена штанга 8 поворота камеры вокруг своей оси. Внутри переводника 7 ниже соединительной резьбы приварено кольцо 9, разделенное по окружности пазами на двенадцать равных секторов (по 300). На нижнем кольце основания 2 нарезана резьба под корпус забойного двигателя. На основании 2 равномерно по окружности расположено шесть отклоняющих механизмов, каждый из которых выполнен из двух частей — силовых гидрокамер 10 и опорных колодок

11. Маятник 3 подвешен на крестовине 12, связанной с поршнем 13, ход поршня 13 ограничен гайками. Поршень относительно камеры 4 подпружинен пружиной 14, Опорные поверхности крестовины 12 выполнены таким образом, что при зависании маятника опираются на ребра призм, а при передаче усилия от поршня 13 к клапанам 15 — на сопряженные цилиндрические поверхности. Клапаны 15 открывают каналы для перетока бурового раствора из бурильных труб через штанги 16 в гидрокамеры 10, К клапанам 15 буровой раствор поступает через трубку-фильтр 17, редуктор 18 и камеру, обраэованну|о между крышкой 19 и клапанной коробкой 20 (фиг.2). Б редукторе 18 (фиг,З) перепад давления, срабатываемый на забойном двигателе и долоте в сумме

7 — 10 МПа, снижается до 0,5 — 1 МПа, которого достаточно для создания радиального усилия на опорных колодках i1 величиной до одной-двух тонн. Редуктор 18 состоит из цилиндра 21, который нижним концом ввинчивается в опорный фланец 5. В цилиндре установлен поршень 22 со штоком клапана

23 и трубкой 24, через которую жидкость поступает из камеры 25 в камеру между клапанной коробкой 20 и крышкой 19, Сверху цилиндр 21 завинчен буксой 26. Между буксой и поршнем установлены пружина 27 с шайбой 28. В шайбу упираются болты 29 (их три), которыми регулируется усилие нажима пружины 27 на поршень 22, Это усилие должно равняться произведению площади поршня, помноженному на величину давления, создаваемого в гидрокамерах 10 (фиг,1), При превышении этого давления пружина сжимается и клапан 23 закрывает приток жидкости в редуктор. B нижний конец цилиндра на резьбе 30 ввинчивается фильтр

31 (фиг.2), через который жидкость поступает к клапану 23 из полости высокого давления над забойным двигателем, На верхнем конце буксы фиксируется от продольного

2002025 движения гайкой 32 (фиг.3) крышка 19. Герметичность между скользящими поверхностями деталей редуктора и других агрегатов устройства обеспечивается резиновыми уплотнителями 33.

На фиг.2 в более крупном масштабе показан узел включения клапанов, направляющих жидкость в гидрокамеры, в том числе; направляющий фланец 34, в котором на окружности просверлено двенадцать отверстий. иэ них шесть отверстий точно против клапанов и шесть над линией касания двух смежных клапанов. Когда конец маятника попадает в такое отверстие, он включает сразу две гидрокамеры, в результате чего сектор включения отклоняющего усилия по азимуту при шести отклоняющих колодках сужается до 30, т.е. точность приложения сил повышается в 2 раза, клэпанная коробка 20 с клапанами 15 двойного действия, клапаны поджаты пружинами 35; крышка 19 с клапанной коробкой стягивается трубками

36, через которые жидкость от клапанов поступает в штанги гидрокамер; болты 37 фиксируют клапанную коробку 20 в цилиндрической камере 4 от поворота.

Устройство работает следующим обра. зом.

При сборке устройства каждая парагидрокамера 10 и клапан 15, соединенные между собой штангам 16, устанавливаются в одной плоскости. После соединения корпуса 1 с основанием 2 и закрепления переводника 7 нулевые отметки 38 на кольце 9 (фиг.4) и на штанге 8 совмещаются. Для этого винты 39 отвинчиваются и верхняя часть кольца 9 смещается до совпадения отметок

38 и вновь закрепляется. Планка 40 вставляется в прорезь в штанге и укладывается концами в пазы кольца от произвольного поворачивания цилиндрической камеры 4 относительно основания 2 во время бурения. При необходимости смещения направления усилия опорной колодки от плоскости скривления планка 40 вынимается из пазов кольца 9 и штанга 8 поворачивается на расчетный угол в соответствующем направлении. Затем планка 40 вновь устанавливается в прорезь штанги и пазы кольца 9. При этом цилиндрическая камера

4 поворачивается в резьбе соединения с. опорным фланцем 5. Вместе с цилиндрической камерой поворачивается клапанная ко: робка 20 с крышкой 19, увлекая за собой концы шланга 16. Величина угла смещения клапанов относительно соединенной с ним гидрокамеры (фиг,5а,б,в) определяет величину угла между плоскостью искривления скважины и направлением усилия опорной колодки, так как маятник включает только

5

50 клапан, находящийся в плоскости искривления у нижней стенки цилиндрической камеры. На фиг.5а клапаны, опорные колодки установлены в одной плоскости, на фиг.56— смещены на ЗОО, а на фиг.5в — смещение составляет 180О. Длина шлангов на участке между крышкой 19 и опорным фланцем 5 превышает расстояние между ними: га величину, обеспечивающую смещение крышки

19 относительно фланца 5 на 180 для включения усилий опорных колодок в направлении, прямо противоположном направлению искривления скважины, Сзмоориентирующийся забойный отклонитель гидравлический устанавливается между забойным двигателем и центратором (фиг.б), Усилие опорНоА колодки Pp< Ha стенку скважины вызывает реакции центратора

Яц и долота Кд на противоположную стенку скважины, тем самым эыэыва изменение направления углубления скважины.

При спуске колонны бурильных труб на забой давление жидкости за трубами и B трубах практически одинаковое. Поршень

13 находится в верхнем положении (фиг,1), маятник 3 зависает над направляющим флэнцем 34, По окончании спуска бурового инструмента до забоя и после пуска буровых насосов в трубках над забойным двигателем возникает давление, буровой раствор через отверстие 41 поступает в верхнюю часть цилиндрической камеры 4 и давит на поршень 13, ход поршня ограничен гайками

42. Поршень начинает двигаться вниз, Жидкость из-под поршня из цилиндрической камеры вытекает через зазоры между клапанной коробкой и стенками цилиндрической камеры, затем между наружНыми стенками шлангов 16 и стенками трубок-стоек 6 и стенками сверления в основании 2 в затрубное пространство. Конец маятника 3, скользя по нижней стенке цилиндрической камеры, попадает в отверстие в направляющем фланце 34 и включает один или два клапана. Маятник прижимает верхнюю тарелку клапана 15 к гнезду, герметизируя сверху подклапанную полость, нижняя тарелка, наоборот, отходит от гнезда, открывая воэможность притока жидкости под клапан. У остальных клапанов (пяти или четырех) нижние тарелки поджаты пружинами

35 и приток жидкости в них невозможен. С открытием клапана {одного или двух) жид,кость начинает двигаться (фиг,2) из полости

А через фильтр 31, редуктор 18, в полость Б между клапанной коробкой 20 и крышкой

19, затем поступает во внутреннюю полость клапана 15, через отверстие 43 поступает в трубку 36, затем в шланги 16 и соответствующие гидрокэмеры 10, Гидрокамеры, нэ2002025 полняясь жидкостью, выдвигают опорные колодки и создают необходимое усилие на стенку скважины и на долото, направляя его углубление в заданном направлении. Как только давление в гидрокамерах достигает расчетного, на которое отрегулирован редуктор(фиг,3}, поршень 22 сожмет пружину

27 и закроет входной клапан 23. Если за счет утечек давление в гидрокамерах снизится, а следовательно оно снизится и в полости В редуктора, пружина 27 подвинет поршень

22 и откроет клапан 23 и давление в гидрокамерах восстановится. Так как для наполнения гидрокамер нужно небольшое количество жидкости (0,2-0,5 дмз}, то .ьильтр можно ставить очень плотный и пропускать в клапанную коробку практически отфильтрованную воду, что обеспечит надежную работу клапанного механизма. При остановке буровых насосов давление жидкости вы ра вни вается в трубах, в затрубном

Формула изобретения

1. САМООРИЕНТИРУЮЩИЙСЯ ЗАЬОЙНЫЙ ОТКЛОНИТЕЛЬ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ, включающий корпус, концентрично размещенную в нем цилиндрическую камеру с чувствительным элементом-маятником, связанное с корпусом основание иустановленные на основании опорные колодки с приводом, отличающийся тем, что, с целью обеспечения самоустановки отклонителя в заданном направлении, он снабжен связанным резьбой с нижней частью цилиндрической камеры опорным фланцем и установленной над ним клапанной голоакой с направляющим фланцем, причем цилиндрическая камера установлена с возможностью поворота относительно основания, а направляющий фланец выполнен с отверстиями для размещения маятника в рабочем положении.

2. Забойный отклонитель по п.1, отлипространстве, над поршнем 13 и в цилиндрической камере 4. Пружина 14 возвратит поршень 13 и маятник 3 в исходное положение.

Пружина 35 первдвинет клапан 15, нижняя

5 тарелка закроется, верхняя откроется, жидкость из гидрокамер выйдет через шланги 16, отверстие 43 и открывшийся верхний клапан в цилиндрическую камеру и-затем в затрубное пространство. При пуске насосов цикл работы

10 узла управления траекторией повторится. В случае, если зенитный угол искривления снижен до величин менее 30 мин, конец маятника попадает в центральное отверстие направляющего фланца, гидрокамеры не включаются, 15 устройство будет выполнять функции обыкновенного центратора. (56} Авторское свидетельство СССР

М 1002549, кл. Е 21 В 47/022, 1972.

20 Авторское свидетельство СССР

N 1657634, кл. Е 21 В 47/022, 1989. чающийся тем, что привод опорных колодок выполнен в виде установленных между основанием и опорными колодками камер, гидравлически связанных шлангами с клапанной коробкой.

3. Забойный отклонитель по пп, 1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен регулируемым редуктором давления, установленным под клапанной коробкой и гидравлически с ней связанным..

4. Забойный отклонитель по пп, 1 - 3, отличающийся тем, что он снабжен уста- новленным на входе регулируемого редуктора фильтром, 5. Забойный отклонитель по пп, 1 - 4, 40 отличающийся тем, что количество отверстий в направляющем фланце в два раза больше количества клапанов, связывающих клапанную коробку с камерами опорных колодок..

45 с, / W" 75 .Я й7 ..У

«/7 4 с

2002025

2002025

2002025

О, Составитель М.Григорьев

Техред М. Моргентэл Корректор М,Куль

Редактор С.Кулакова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3160

Производственно-издательский комбинат. "Патент", г. Ужгород. Ул l а ран», 101