устройство для центрирования бурового инструмента

Формула изобретения

Устройство для центрирования бурового инструмента, содержащее корпус с наклонными пазами и размещенным в нем штоком, жестко соединенный снизу со штоком поршень, который выполнен кольцевым и размещен в камере, образованной наружной стенкой штока и внутренней стенкой корпуса, закрепленные в наклонных пазах корпуса и соединенные посредством тяг с поршнем лапы с зубками на рабочей поверхности, и нижний переводник с внутренним кольцевым сужением, соединенный снизу с корпусом, причем нижний переводник ниже кольцевого сужения оснащен кольцевым расширением, отличающееся тем, что устройство оснащено сверху телеметрической системой для ориентации устройства в скважине, нижний конец штока выполнен с возможностью герметичного взаимодействия с кольцевым сужением, в кольцевом расширении установлен подпружиненный вверх нижний полый поршень, выполненный с возможностью продольного перемещения вверх штока до выхода его из герметичного соединения с кольцевым сужением, при этом шток подпружинен вниз с большим усилением, чем подпружинен вверх нижний поршень, причем между нижним поршнем и кольцевым сужением размещен шарик, а снизу кольцевого сужения и сверху нижнего поршня напротив друг друга с краю выполнены выборки под шарик.

Описание изобретения к патенту

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности, к устройствам для проводки наклонного и горизонтального участков скважины.

Известно устройство для стабилизации породоразрушающего инструмента в горизонтальной плоскости (авторское свидетельство № 1645427, МПК Е21В 7/04, Бюл. № 16 от 30.04.91), включающее трубчатый корпус, установленную на нем с возможностью вращения втулку, имеющую верхнюю и нижнюю гидрокамеры с опорными элементами, поро-доразрушающий инструмент и датчик отклонения, при этом с целью повышения точности проводки горизонтальных скважин оно снабжено расположенным на втулке со стороны нижней гидрокамеры грузом, установленной в полости корпуса с возможностью перемещения в осевом направлении управляющей втулкой с поршнем и концентрично установленным в последней с возможностью винтового перемещения патрубком, патрубок и втулка подпружинены относительно корпуса со стороны породоразрушающего инструмента, управляющая втулка на внутренней поверхности имеет продольные пазы, а патрубок на наружной поверхности - два ряда поперечных пазов одинаковой длины в каждом из рядов, и продольные пазы, соединяющие концы поперечных пазов смежных рядов, датчик отклонения выполнен в виде шариков, каждый из которых расположен в полости, образованной продольными пазами патрубка и управляющей втулки, в корпусе выполнены верхнее и нижнее отверстия для гидравлической связи одноименных гидрокамер с полостью корпуса, а в патрубке - одно отверстие, причем центральные углы между осью последнего и осями верхнего и нижнего отверстий корпуса равны центральным углам, ограничивающим длину каждого из поперечных пазов патрубка второго и первого рядов соответственно, а расстояния между отверстием патрубка и верхним и нижним отверстиями корпуса равны длине хода патрубка при размещении шариков в поперечных пазах патрубка второго и первого рядов соответственно.

Недостатки устройства заключаются в следующем:

- в сложности конструкции;

- в невозможности корректировки профиля наклонно направленных и горизонтальных скважин в процессе бурения.

Наиболее близким устройством по сущности является калибратор ствола скважины раздвижной (патент РФ № 2418147, МПК Е21В 7/28, Бюл. № 13 от 10.05.2011), содержащий корпус с наклонными пазами и размещенным в нем подпружиненным штоком, жестко соединенный снизу со штоком поршень, который выполнен кольцевым и размещен в камере, образованной наружной стенкой штока и внутренней стенкой корпуса, закрепленные в наклонных пазах корпуса и соединенные посредством тяг с поршнем лапы с зубками на рабочей поверхности, и нижний переводник с внутренним сужающимся каналом, соединенный снизу с корпусом, при этом нижний переводник ниже кольцевого сужения оснащен кольцевым расширением и ограничителем, а вовнутрь кольцевого сужения вставлена зафиксированная срезным элементом втулка с седлом под сбрасываемый шарик, герметично перекрывающая сообщение внутренней полости штока с камерой и выполненная с возможностью взаимодействия с ограничителем при перемещении вниз, причем высота втулки выполнена меньше высоты кольцевого расширения нижнего переводника до ограничителя, при этом рабочая поверхность лап выполнена в виде выступающих винтовых лопастей, на которых размещены рядами с перекрытием друг друга калибрующие зубки, установленные заподлицо с винтовой поверхностью соответствующих лопастей.

Недостатком устройства является то, что невозможно многократно корректировать зенитный угол скважины в процессе бурения без подъема устройства на устье скважины.

Технической задачей изобретения является обеспечение возможности многократной корректировки зенитного угла скважины в процессе бурения без подъема устройства на устье скважины.

Техническая задача решается устройством для центрирования бурового инструмента, содержащим корпус с наклонными пазами и размещенным в нем штоком, жестко соединенный снизу со штоком поршень, который выполнен кольцевым и размещен в камере, образованной наружной стенкой штока и внутренней стенкой корпуса, закрепленные в наклонных пазах корпуса и соединенные посредством тяг с поршнем лапы с зубками на рабочей поверхности, и нижний переводник с внутренним кольцевым сужением, соединенный снизу с корпусом, причем нижний переводник ниже кольцевого сужения оснащен кольцевым расширением.

Новым является то, что устройство оснащено сверху телеметрической системой для ориентации устройства в скважине, нижний конец штока выполнен с возможностью герметичного взаимодействия с кольцевым сужением, в кольцевом расширении установлен подпружиненный вверх нижний полый поршень, выполненный с возможностью продольного перемещения вверх штока до выхода его из герметичного соединения с кольцевым сужением, при этом шток подпружинен вниз с большим усилением, чем подпружинен вверх нижний поршень, причем между нижним поршнем и кольцевым сужением размещен шарик, а снизу кольцевого сужения и сверху нижнего поршня напротив друг друга с краю выполнены выборки под шарик.

На фиг.1 изображено устройство для центрирования бурового инструмента в транспортном положении с частичным разрезом.

На фиг.2 изображен поперечный разрез А-А, повернутый на 90.

На фиг.3 изображено устройство для центрирования бурового инструмента в рабочем положении с частичным разрезом.

На фиг.4 изображен поперечный разрез Б-Б, повернутый на 90°.

Устройство для центрирования бурового инструмента содержит корпус 1 (фиг.1) с наклонными пазами 2 и размещенным в нем штоком 3, жестко соединенный снизу со штоком поршень 4, который выполнен кольцевым и размещен в камере 5, образованной наружной стенкой 6 штока 3 и внутренней стенкой 7 корпуса 1. В наклонных пазах 2 корпуса 1 закреплены и соединены посредством тяг 8 с поршнем 4 лапы 9 с зубками 10 на рабочей поверхности 11. Снизу с корпусом 1 соединен нижний переводник 12 с внутренним кольцевым сужением 13, причем нижний переводник 12 ниже кольцевого сужения 13 оснащен кольцевым расширением 14. Нижний конец 15 штока 3 выполнен с возможностью герметичного взаимодействия с кольцевым сужением 13. В кольцевом расширении 14 установлен подпружиненный вверх пружиной 16 нижний полый поршень 17, выполненный с возможностью продольного перемещения вверх штока 3 до выхода его из герметичного соединения с кольцевым сужением 13. Шток 3 подпружинен вниз пружиной 18 с большим усилением, чем подпружинен вверх нижний полый поршень 17. Между нижним полым поршнем 17 и кольцевым сужением 13 размещен шарик 19. Снизу кольцевого сужения 13 и сверху нижнего полого поршня 17 напротив друг друга с краю выполнены выборки 20 (фиг.1 и 2) и 21 под шарик 19.

Верхний 22 и нижний 12 переводники (фиг.1) имеют присоединительные резьбы 23 и 24 соответственно.

Устройство для центрирования бурового инструмента работает следующим образом.

Устройство для центрирования бурового инструмента при помощи резьбы 23 (фиг.1) соединяют с телеметрической системой и колонной бурильных труб (на фиг.1 не показаны), при помощи резьбы 24 с породоразрушающим инструментом (на фиг.1 не показан) и спускают в скважину до забоя (на фиг.1 не показан).

По данным телеметрической системы определяют зенитный угол скважины и его отклонение от проектного профиля скважины. При необходимости снижения зенитного угла скважины вращением ротора по данным телесистемы ориентируют устройство так, чтобы выборки 21 (фиг.2) оказались ниже выборок 20 в вертикальной плоскости. При этом шарик 19 под действием силы тяжести перемещается и становится напротив выборок 21. Затем в бурильные трубы подается промывочная жидкость под давлением. Промывочная жидкость проходит через переводник 22 (фиг.1), шток 3, нижний полый поршень 17, переводник 12, породоразрушающий инструмент и по затрубному пространству поднимается на устье скважины. При этом под действием перепада давления между устройством и затрубным пространством, образовавшегося за счет сужения проходного сечения в породоразрушающем инструменте, нижний полый поршень 17, шток 3, поршень 4 и связанные с ним лапы 9 через тяги 8, сжимая пружину 18, перемешаются вверх до взаимодействия выборок 21 с шариком 19. Перемещение нижнего полого поршня 17 соответствует суммарной глубине выборок 21 и не превышает глубину герметичного погружения нижней части штока 15 в сужение 13. Затем вращением инструмента производят бурение. Так как лапы 9 находятся в транспортном положении, бурильная колонна не центрируется в скважине в процессе бурения и под действием ее веса происходит естественное падение зенитного угла скважины.

После углубления скважины на длину бурильной трубы прекращают вращение бурильного инструмента и подачу промывочной жидкости. По данным телеметрии определяют отклонение профиля скважины от проектного. При отклонении профиля скважины вниз дальнейшее бурение необходимо производить с набором зенитного угла. Для этого вращением ротора по данным телесистемы ориентируют устройство так, чтобы выборки 20 (фиг.4) оказались ниже выборок 21 в вертикальной плоскости. При этом шарик 19 под действием силы тяжести перемещается и становится напротив выборок 20. Затем в бурильные трубы подают промывочную жидкость под давлением. Под действием перепада давления между устройством и затрубным пространством, образовавшегося за счет сужения проходного сечения в породоразрушающем инструменте, нижний полый поршень 17 (фиг.3), шток 3, поршень 4 и связанные с ним лапы 9 через тяги 8, сжимая пружину 18, перемешаются вверх до взаимодействия торцевых поверхностей нижнего полого поршня 17 и сужения 13, а шарик 19 помещается в выборки 20. При этом объем камеры 25 (фиг.1) уменьшается и промывочная жидкость из нее переходит в камеру 5 через канал 26. Перемещение нижнего полого поршня 17 (фиг.3) соответствует суммарной глубине выборок 20 и превышает глубину герметичного погружения нижней части штока 15 в сужении 13, что приводит к попаданию промывочной жидкости под давлением в камеру 5 и выдвижению поршнем 4 посредствам тяг 8 лап 9 по наклонным пазам 2 корпуса 1 в рабочее положение.

Затем вращением инструмента производят бурение. Так как лапы 9 (фиг.3) находятся в рабочем положении, то бурильная колонна центрируется в скважине и в процессе бурения происходит набор зенитного угла скважины за счет подъема породоразрушающего инструмента к верху относительно лап 9 устройства.

После углубления скважины на длину бурильной трубы прекращают вращение бурильного инструмента и подачу промывочной жидкости. В результате под действием пружины 18 шток 3, поршень 4 и связанные с ним лапы 9 через тяги 8, сжимая пружину 16, перемещаются вниз в транспортное положение.

Преимущество предлагаемого устройства заключается в возможности многократной корректировки зенитного угла скважины в процессе бурения без подъема на устье скважины.