отклонитель для наклонно-направленного и горизонтального бурения скважин

Формула изобретения

1. ОТКЛОНИТЕЛЬ ДЛЯ НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОГО И ГОРИЗОНТАЛЬНОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН, включающий вал, корпус, установленные на нем друг под другом два опорных узла с выдвижными опорными колодками, гидравлическими камерами и клапанами, расположенный между опорными узлами узел управления гидрокамерами, элемент, реагирующий на положение отклонителя в скважине, и переводники для соединения отклонителя с элементами низа бурильной колонны, отличающийся тем, что элемент, реагирующий на положение отклонителя в скважине, выполнен в виде втулки, свободно установленной в полости корпуса между опорными узлами и имеющей по концам золотники, соединенные с ней телескопическими поводками, причем золотники подпружинены относительно втулки и имеют возможность взаимодействия с клапанами гидрокамер, а последние выполнены в виде штуцеров с эксцентричными отверстиями.

2. Отклонитель по п.1, отличающийся тем, что клапаны гидрокамер установлены с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной к оси корпуса.

3. Отклонитель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен поворотным кольцом со шлангами для связи клапанов с гидрокамерами нижнего опорного узла.

4. Отклонитель по пп.1 3, отличающийся тем, что втулка, реагирующая на положение отклонителя в скважине, имеет установленные по ее внутреннему и/или наружному диаметру опорные ролики.

5. Отклонитель по пп.1 4, отличающийся тем, что вал отклонителя соединен с бурильными трубами или валом забойного двигателя через шарнирный узел.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин, а именно к техническим средствам управления траекторией стволов наклонно-направленных и горизонтальных скважин.

Известен отклонитель для бурения направленных скважин, содержащий корпус, установленный в нем вал и расположенные по окружности корпуса гидрокамеры с опорными элементами [1] Недостатком известного отклонителя является низкая интенсивность набора кривизны и отсутствие в его конструкции механизма контроля за траекторией скважины при углах наклона ствола скважины, близких к горизонтали.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является отклонитель для наклонно-направленного бурения скважин, включающий вал, корпус, установленные на нем друг под другом два опорных узла с гидравлическими камерами, поршнями и выдвижными опорными колодками, расположенный между опорными узлами узел управления опорными колодками и переводники для соединения отклонителя с элементами бурильной колонны [2] Недостаток известного отклонителя заключается в том, что он не обеспечивает проводку ствола скважин с малыми радиусами искривления и не может быть использован для исправления кривизны в вертикальных скважинах, а также при забуривании новых стволов в аварийных скважинах.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей отклонителя за счет проводки стволов скважин с большими углами отхода от вертикали, а также стволов горизонтальных скважин.

На фиг. 1 показан отклонитель с частичным продольным разрезом; на фиг.2 разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 узел управления отклонителями.

Отклонитель для наклонно-направленного и горизонтального бурения содержит вал 1, соединенный через переводники 2 и 3 с колонной бурильных труб или валом забойного двигателя и долотом. Вал 1 установлен внутри разъемного корпуса 4 на подшипниках 5, 6 и 7. На корпус 4 с обеих сторон навинчены муфты 8 и 9, а также установлены друг под другом два опорных узла, содержащие направляющие планки 10, между которыми расположены гидрокамеры 11 с клапанами и выдвижными опорными колодками 12. На корпусе 4 между опорными узлами на упорных кольцах 13 и 14 закреплен кожух 15, образующий с корпусом 4 кольцевую полость, в которой расположен узел управления выдвижными колодками 12, содержащий элемент, реагирующий на положение отклонителя в скважине, выполненный в виде втулки 16, которая свободно установлена в кольцевой полости корпуса и имеет по концам телескопические поводки 17 с регулировочными втулками 18. Телескопические поводки 17 соединены с золотниками 19. Золотники 19 подпружинены относительно втулки 16. Ввод промывочной жидкости в гидрокамеры производится через клапаны, которые выполнены в виде штуцеров 20 с эксцентрично расположенными отверстиями. Втулка 16 установлена с возможностью взаимодействия ее золотников 19 со штуцерами 20. Из гидрокамер жидкость постоянно вытекает через жиклеры 21, диаметр отверстий в которых в 4-5 раз меньше диаметров отверстий штуцеров 20. Штуцеры 20 установлены с возможностью их поворота в плоскости, перпендикулярной оси корпуса, для обеспечения смещения их входных отверстий к внутренней или наружной стенке кольцевой полости корпуса. Отклонитель может быть снабжен поворотным кольцом 22 со шлангами 23 для связи нижнего золотника втулки 16 с гидрокамерами нижнего опорного узла. Втулка 16 может иметь установленные по ее наружному или внутреннему диаметру опорные ролики 24.

Из канала вала 1 промывочная жидкость поступает в полость корпуса через фильтр 25 и радиальные отверстия 26 и 27 соответственно вала 1 и корпуса 4.

Отклонитель работает следующим образом. После того, как набран угол наклона ствола скважины не менее 10^о, другими отклонителями в компоновку низа бурильной колонны включается данный отклонитель для интенсивного набора угла искривления, перевода скважины в горизонтальное направление и дальнейшего бурения горизонтального участка. Производится настройка узла управления отклонителя в зависимости от расчетной траектории ствола скважины. При наборе или уменьшении угла наклона ствола скважины длина поводков 17 регулировочными втулками 18 устанавливается такой, чтобы золотники 9 касались штуцеров 20 обеих опорных узлов. В этом случае работают оба золотника одновременно. Для уменьшения кривизны входные отверстия нижних штуцеров 20 поворачиваются к наружной стенке полости корпуса 4, а входные отверстия верхних штуцеров 20 поворачиваются к внутренней стенке полости корпуса 4. Опорные колодки 11 двух опорных узлов будут разворачивать устройство на выравнивание ствола скважины к вертикали. Если необходимо набрать кривизну ствола скважины, штуцера 20 в нижнем опорном узле повернут отверстиями к внутренней стенке полости корпуса, а в верхнем опорном узле к наружной. При необходимости изменения направления ствола скважины в пространстве или в горизонтальной плоскости на соответствующий угол поворачивается кольцо 22. Для отключения отклонителя от работы без подъема бурильной колонны нужно изъять из полости вала фильтр 25 и бросить в колонну трубку такой же формы только без боковых отверстий.

Для увеличения интенсивности набора угла искривления ствола скважины бурильные трубы или вал забойного двигателя могут связываться с валом отклонителя шарнирным соединением.

При подходе забоя скважины к горизонтальному участку, на котором необходимо стабилизировать горизонтальное направление ствола скважины, поводки 17 укорачиваются до отрыва верхнего золотника втулки 16 от штуцеров 20 верхнего опорного узла; при такой установке в работе по изменению угла наклона ствола будет работать только нижний опорный узел, увеличивая угол наклона ствола скважины к горизонту, при этом входные отверстия штуцеров 20 должны быть приближены к наружной стенке полости корпуса. На верхнем опорном узле все отверстия гидрокамер будут открыты и все опорные колодки будут равномерно касаться стенок скважины, то есть верхний опорный узел будет работать как центратор.

Как только ствол скважины выйдет на горизонталь и забой начнет подниматься по восстающей линии, втулка 16 с нижним золотником откатятся от штуцеров нижнего (ближнего к долоту) опорного узла до соприкосновения верхнего золотника (дальнего от долота) со штуцерами верхнего (дальнего от долота) опорного пояса (узла). Передний узел опор начнет работать как центратор, так как все каналы в гидрокамеры откроются, а во втором (от долота) узле опор отключаются верхние опорные колодки (в этом узле штуцеры входными каналами приближены к внутренней стенке кольцевой полости), а нижние опорные колодки через центратор (передний узел опор) создают усилие на долоте к возврату сбоя к горизонту.