способ искривления ствола скважины шарнирным отклонителем

Формула изобретения

Способ искривления ствола скважины шарнирным отклонителем, при котором плоскость действия отклонителя фиксируют в определенном положении при помощи децентратора с опорными планками, на долоте, установленном на нижнем конце направляющей штанги отклонителя, создают отклоняющее усилие, а минимальный радиус искривления ствола скважины задают параметрами отклонителя с учетом фактического диаметра последней, отличающийся тем, что верхний конец направляющей штанги центрируют в стволе скважины посредством центратора с упругими планками, отклоняющее усилие создают на направляющей штанге упругими силами опорных планок установленного над долотом децентратора, ориентируют опорные планки в направлении, противоположном заданному направлению искривления ствола скважины, а минимальный радиус R искривления ствола определяют из соотношения

R = L²/4(D_c - d),

где L - длина направляющей штанги, м;

D_c - диаметр ствола скважины, м;

d - диаметр направляющей штанги в опорном сечении, м.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано в роторном бурении для направленного искривления стволов бурящихся скважин или для зарезки вторых стволов при восстановлении бездействующих скважин.

Известен способ искривления ствола скважины шарнирным отклонителем, при котором радиус искривления ствола скважины задают параметрами отклонителя [1].

Данный способ искривления осуществим только в плоскости естественного искривления ствола скважины.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ искривления ствола скважины шарнирным отклонителем, при котором плоскость действия отклонителя фиксируют в определенном положении при помощи децентратора с упругими опорными планками, на долоте, установленном на нижнем конце направляющей штанги отклонителя, создают отклоняющее усилие, а минимальный радиус искривления ствола скважины определяют параметрами отклонителя с учетом фактического диаметра последней [2].

Однако данный способ искривления ствола скважины не позволяет получить минимальный для выбранного долота и геометрических параметров отклонителя радиус искривления, т.к. интенсивность искривления ствола ограничена конструктивными особенностями отклонителя и его геометрическими параметрами, которые существенно зависят от диаметра бурящейся скважины.

Предложенное техническое решение направлено на снижение минимального радиуса искривления ствола скважины шарнирным отклонителем.

Для этого в способе искривления ствола скважины шарнирным отклонителем, при котором плоскость действия отклонителя фиксируют в определенном положении при помощи децентратора с опорными планками, на долоте, установленном на нижнем конце направляющей штанги отклонителя, создают отклоняющее усилие, а минимальный радиус искривления ствола скважины задают параметрами отклонителя с учетом фактического диаметра последней, верхний конец направляющей штанги центрируют в стволе скважины посредством центратора с упругими планками, отклоняющее усилие создают на направляющей штанге упругими силами опорных планок установленного над долотом децентратора, ориентируют опорные планки в направлении, противоположном заданному направлению искривления ствола скважины, а минимальный радиус R искривления ствола определяют из соотношения

R = L²/4(D_с - d),

где L - длина направляющей штанги, м;

D_с - диаметр ствола скважины, м;

d - диаметр направляющей штанги в опорном сечении, м.

Известно, что радиус искривления ствола скважины шарнирным отклонителем определяют: фактический диаметр скважины, конструкция и геометрические параметры отклонителя. Однако последние имеют вполне определенные предельные значения, ограниченные конструктивными особенностями и размерами отклонителя для выбранного диаметра скважины.

Минимальный радиус искривления ствола известным способом определяется диаметром скважины и определенной зависимостью упомянутых параметров.

Предложенное техническое решение позволяет качественно уменьшить значение минимального радиуса искривления ствола скважины. Данный технический эффект достигается путем центрирования и изменения воздействия на долото упругими силами опорных планок децентратора, которые в заявленном способе действуют непосредственно на долото, а не через промежуточную опору-центратор, как в известном способе.

Благодаря заявляемым отличительным признаком обеспечивается такое расположение направляющей штанги в искривленном стволе, при котором ограничивающий искривление контакт со стенкой ствола происходит в средней части направляющей штанги по минимальному опорному диаметру последней.

Это приводит к существенному уменьшению минимального радиуса искривления ствола скважины при одинаковых диаметре скважины и длине направляющей штанги отклонителя.

Расчетная зависимость, определяющая минимальный радиус искривления ствола, получена исходя из условий вписываемости направляющей штанги шарнирного отклонителя в искривленный ствол скважины.

Таким образом, обеспечивается существенное уменьшение радиуса искривления ствола скважины. С достаточной точностью можно принять, что предложенная зависимость дает радиус искривленного ствола в 4 раза меньший, чем для известного способа искривления скважин шарнирным отклонителем.

На фиг. 1 изображено искривление ствола скважины шарнирным отклонителем; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Для реализации способа искривления ствола скважины можно использовать шарнирный отклонитель (см. фиг. 1), содержащий направляющую штангу, включающую долото 1 и децентратор 2, шарнирную муфту 3 и центратор 4.

Децентратор 2 содержит ствол 5, на котором закреплено долото 1, каркас 6 с двумя опорными планками 7, установленный на стволе 5 с возможностью вращения и ограниченного осевого смещения, и осевую опору 8, установленную на стволе 5 со стороны верхнего торца каркаса 6. На нижнем торце каркаса 6 выполнен торцовый зуб 9, а на кольцевом выступе ствола 5 - ответный паз 10.

Центратор 4 содержит ствол 11, на котором установлен с возможностью вращения и ограниченного осевого смещения каркас 12, имеющий упругие опорные планки 13, центрирующие его ось в стволе скважины. Со стороны верхнего торца каркаса 12 на стволе 11 установлена осевая опора 14.

Шарнирная муфта 3 соединяет направляющую штангу (ствол 5 децентратора) и ствол 11 центратора.

Плоскость действия отклонителя задают положением опорных планок 7 децентратора 2 (см. фиг. 2). Ее положение в скважине определяют с помощью забойного инклинометра (не показан), помещаемого диамагнитную трубу 15? и специального переводника 16 с магнитной меткой.

Способ реализуется следующим образом.

Минимальный радиус R искривления ствола определяют из соотношения

R = L²/4(D_с - d),

где L - длина направляющей штанги, м;

D_с - диаметр ствола скважины, м;

d - диаметр направляющей штанги в опорном сечении, м.

Исходя из заданных диаметра D_с ствола скважины и радиуса R ее искривления, подбирают параметры направляющей штанги шарнирного отклонителя и собирают компоновку согласно фиг. 1.

Для искривления ствола скважины отклонитель опускают на забой скважины. Затем приподнимают отклонитель с одновременным вращением инструмента вправо ротором буровой установки. При этом, каркас 6 децентратора 2 заторможен опорными планками 7, взаимодействующими со стенками скважины, а ствол 5 перемещается в опорах каркаса 6. В результате, паз 10 ствола 5 децентратора 2 входит в зацепление с зубом 9 его каркаса 6 и происходит поворот опорных планок 7 (см. фиг. 2), до совмещения плоскости действия отклонителя с заданным направлением искривления ствола скважины. Каркас 6 децентратора 2 ориентируют таким образом, чтобы его опорные планки 7 были расположены в направлении противоположном заданному направлению искривления ствола скважины.

Фиксацию плоскости искривления ствола скважины обеспечивают путем постановки долота 1 на забой скважины. При этом каркас 6 заторможен о стенки скважины, а ствол 5 выдвигается из каркаса 6, поэтому зуб 9 каркаса 6 выходит из зацепления с пазом 10, разрывая силовое взаимодействие ствола 4 и каркаса 6. Таким образом, при вращении ствола 5 децентратора 2 (процесс бурения), угловое положение опорных планок 7 каркаса 6 будет оставаться неизменным за счет существенного превышения момента сил трения последних со стенками скважины над моментом сил трения ствола 5 в опорах каркаса 6.

Отклоняющее усилие на долоте 1, обеспечивающее искривление ствола скважины, создают силы упругой деформации опорных планок 7 каркаса 6 децентратора 2, расположенного на направляющей штанге. Величина этого усилия определяется жесткостью, опорных планок 7 каркаса 6 и величиной деформации последних, которые в свободном состоянии имеют наружный габаритный диаметр, превышающий диаметра D_с долота 1.

В период искривления ствола скважины отклоняющее усилие на долоте 1 обеспечивают опорные планки 7 каркаса 6 децентратора 2, благодаря чему формируется искривленный участок ствола. При этом центрирование верхнего конца направляющей штанги, несущей децентатор 2, обеспечивает центратор 4. Затем происходит касание направляющей штангой внутренней стенки искривленного ствола, в зоне минимального диаметра d направляющей штанги (см. рис. 1), что ограничивает величины радиуса R искривления ствола скважины. При дальнейшем углублении ствола скважины, опорные планки 7 обеспечивают постоянный контакт направляющей штанги со стенкой искривленного ствола. Таким образом, в процессе дальнейшего углубления ствола скважины обеспечивается искривление ствола скважины по постоянному по величине минимальному радиусу R.

Источники информации:

1. Поташников В.Д. Бурение наклонно-направленных скважин с применением шарнирных компоновок, М., ВНИИОЭНГ, 1988, с. 33, рис. 8.3.

2. RU, патент N 2055974, кл. E 21 B 7/08, 1993.