гидравлический сигнализатор положения отклонителя

Формула изобретения

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СИГНАЛИЗАТОР ПОЛОЖЕНИЯ ОТКЛОНИТЕЛЯ, включающий трубчатый корпус, в котором жестко установлены седло и корпус клапана с отверстиями для промывочной жидкости, подпружиненный клапан с шаром, верхний и нижний переводники, отличающийся тем, что он снабжен многогранным штоком, контргайкой и опорным кольцом, а корпус клапана выполнен с зубчатыми нижними торцами и зафиксирован штифтом, размещенным в зубчатых торцах корпуса клапана и опорного кольца, при этом клапан выполнен с кольцевой выточкой с углублением под шар, образующей с корпусом клапана герметичное пространство, и жестко соединен с многогранным штоком, который установлен в корпусе клапана и зафиксирован контргайкой, а на торцевой поверхности клапана и на наружной поверхности трубчатого корпуса нанесены реперные метки, причем углубление в клапане и штифт в реперные метки установлены в одной плоскости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к буровой технике, а именно к техническим средствам направленного бурения скважин.

Известен сигнализатор положения отклонителя [1] у которого для исключения влияния гидродинамики и абразивного действия бурового раствора эксцентричный груз-двигатель заключен в герметичный корпус, имеет уплотнения и радиально-осевые подшипники, а исполнительный механизм представляет два диска с отверстиями: один закреплен на валу эксцентричного груза, другой установлен неподвижно в корпусе. При установке отклонителя по требуемому направлению основные промывочные отверстия совмещаются, что сопровождается снижением давления в циркуляционной системе на величину реперного давления. Диски имеют возможность углового перемещения друг относительно друга, имеют зазор и работают в пульсирующем потоке бурового раствора, что ведет к заклиниванию дисков за счет попадания шлама в зазор. Кроме того пульсирующий поток, воздействуя на подвижный диск, вызывает его колебания с перекрытием основного канала или за счет выпрямляющего действия потока скоростного напора непрогнозируемое совмещение основных отверстий и ложную выдачу сигнала.

Известен также гидравлический сигнализатор направленного бурения, принятый за прототип, включающий трубчатый корпус, в котором жестко установлены седло и корпус клапана с отверстиями для промывочной жидкости, подпружиненный клапан с шаром, верхний и нижний переводники [2] в котором исполнительный механизм выполнен в виде тарельчатого клапана, открывающегося при установке отклонителя по требуемому азимуту за счет перетока жидкости из одной герметичной камеры в другую при совмещении отверстий в эксцентричном грузе и в трубном вале. После отключения насосов возврат клапана осуществляют под действием обратного перетока жидкости за счет возврата пружины и выпрямления упругой диафрагмы.

К недостаткам относятся следующие. Под действием нагpузки на клапан за счет перепада давления и скоростного напора в верхней камере создается давление в несколько десятков и сот атмосфер, что вызывает просачивание жидкости в нижнюю камеру, непредусмотренное открытие клапана и ложную сигнализацию. Кроме того при перекрытии отверстия в трубчатом вале тарельчатый клапан закрыт, что вызывает гидравлический удар. Если установку отклонителя производить без промывки, то не будет учитываться угол закручивания бурильной колонны от реактивного момента отклонителя.

Цель изобретения повышение надежности работы сигнализатора.

Цель достигается тем, что в гидравлическом сигнализаторе, включающем трубчатый корпус, в котором жестко установлены седло и корпус клапана с отверстиями для промывочной жидкости, подпружиненный клапан с шаром, верхний и нижний переводники, в клапане выполнена кольцевая выточка с углублением под шар, образующим с корпусом клапана герметичное пространство, при этом клапан жестко соединяют с многогранным штоком, зафиксированным контргайкой и установленным в корпусе клапана, который фиксируют штифтом, размещенным в зубчатых торцах корпуса клапана и опорного кольца, при этом торцевую поверхность клапана выполняют с реперной меткой и снабжают ручкой, а углубление в клапане, штифт и реперную метку размещают в одной плоскости.

На фиг.1 изображен сигнализатор, разрез; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1.

Сигнализатор состоит из трубчатого корпуса 1, соединенного резьбой с нижним переводником 2 и через седло 3 с верхним переводником 4. Седло 3 выполнено с отверстием 5, которое служит для заполнения бурильной колонны при спуске. На опорное кольцо 6 с помощью штифта 7 и зубчатого торца 8 (24 паза) избирательно устанавливают основную сборку сигнализатора, который состоит из корпуса клапана 9, многогранного штока 10, прикрепленного в верхней части клапану 11, а в нижней части имеет ограничительные гайку и контргайку 12. Нижняя часть корпуса клапана 11 оформлена как удлиненный центрирующий цилиндр с отверстиями 13 для прохождения бурового раствора. Клапан 11 выполнен с кольцевой проточкой 14 и углублением 15 под шар 16 и образует с торцевой поверхностью корпуса клапана 9 замкнутое кольцевое пространство 17, при этом клапан подпружинен пружиной 18. На наружной поверхности тарельчатого клапана 11 выполнена магнитная метка 19, являющаяся репером азимута скважины, которая вместе с углублением 15 под шар 16, отверстием в седле 3 клапана 11 и штифтом 7 расположена в плоскости действия отклонителя. К тарелке клапана 11 для установки метки 19 относительно плоскости отклонителя, а также для подъема и избирательного стопорения всей клапанной сборки с помощью штифта 7 и пазов (торца 8) крепят ручку 20, которую после установки сборки отворачивают. На наружную поверхность трубчатого корпуса 1 нанесена метка 21 (фиг. 2), а боковая поверхность корпуса клапана 9 выполнена с отверстием 22 для выхода жидкости при движении клапана 11 вниз.

Зазоры между седлом 3 с шаром 16 и клапаном 11 регулируют натягом контргайки 12 и регулировочными кольцами, установленными под седло. После сборки сигнализатора наворачивают переводник 4, устройство для ориентирования отклонителя, немагнитные трубы и осуществляют спуск бурильной колонны. Так как сигнализатор одновременно является обратным клапаном, производят долив колонны. Бурильные трубы шаблонируют, а под квадрат устанавливают фильтр. Шар 16 находится в свободном состоянии и устанавливается по азимуту скважины.

Сигнализатор работает следующим образом.

Перед бурением производят запуск насоса, создают постоянную осевую нагрузку, наблюдают за давлением на манифольде. Буровой раствор под действием перепада давления и скоростного напора давит на тарелку клапана 11, сжимает пружину 18. В том случае, если шар не совпадает с углублением 15, т.е. когда отклонитель не установлен по требуемому азимуту, тарелка клапана опускается на 3-5 мм, что обеспечивает промывку скважины, работу отклонителя и создает реперный перепад давления. Отключают насос и открывают задвижку, тарелка клапана 11 поднимается пружиной 18 и перепадом давления в трубах и затрубном пространстве, шар 16 освобождают, производят поворот бурильной колонны на 15^о и операцию повторяют.

При установке отклонителя по требуемому азимуту при опускании тарелки клапана 11 шар 16 заходит в углубление 15, что дает возможность открытия клапана с зазором, равным диаметру шара 16 плюс 3-5 мм предварительного зазора. Этот момент передается на поверхность, давление на стояке снижается на величину реперного. Для убедительности операцию с выключением и включением насоса повторяют, производят определение положения отклонителя с помощью устройства для ориентирования.

Для увеличения угла в азимуте скважины метки 19 и 21 совмещают, а для уменьшения угла метку 19 располагают напротив (на 180^о) метки 21.

Если необходима корректировка азимута и угла скважины, определяют азимут установки отклонителя, определяют азимут установки отклонителя, общую проходку за долбление, количество наращиваний. Угол между метками определяют как отношение угла установки на количество наращиваний или при переводе в линейную длину по окружности корпуса

l ( /n) (D_к/360^о), где l длина дуги между метками, мм;

n количество наращиваний;

- угол установки отклонителя, град;

D_к наружный диаметр корпуса, мм.

Для уменьшения азимута скважины от метки 21 плоскости отклонителя спpава откладывают длину дуги l, наносят мелом метку, с которой совмещается метка 19, и сборка фиксируется. Для увеличения азимута от метки 21 откладывается длина дуги влево.

П р и м е р. Для бурения участка набора угла с 10 до 90^о в горизонтальной скважине на глубине 3000-3200 м на Возейском нефтяном месторождении с сохранением азимута осуществляют сборку компоновки нижней части бурильной колонны состава: 214 мм долото, винтовой отклонитель ВО-195, на него навинчивают переводник 2 с корпусом 1 диаметром 185 мм и опорным кольцом 6. Собирают сборку, состоящую из корпуса клапана 9, с зубчатым нижним торцом 8, подпружиненным клапаном 11, и с шаром 16, размещенным во внутренней выточке и закрепленным к штоку 10. Сборку на ручке 20 опускают в корпус 1, метку 19 совмещают с меткой отклонителя и фиксируют неподвижно с помощью зубчатого торца 8 и штифта 7. В корпус устанавливают седло клапана 3 в положении наклона корпуса, не совпадающем с плоскостью отклонителя, давят на ручку 20 и определяют зазор между седлом и клапаном, который должен быть 3-5 мм. Этому зазору при прокачке растворов в количестве 30 л/с соответствует перепад давления жидкости, равный 50-70 атм. При наклоне устройства в плоскости действия отклонителя при нажатии на ручку зазор между седлом и клапаном должен быть равен диаметру шара плюс 3-5 мм, то есть положение, в котором шар 16 устанавливается в углубление. Таким образом производят сборку, контрольную проверку и установку устройства. Отворачивают ручку 20, наворачивают переводник 4, а над ним на период испытаний присоединяют устройство для ориентирования отклонителя и секцию немагнитных бурильных труб. При спуске колонны под действием перепада давления клапан 11 закрывает седло 3, а для заполнения жидкостью колонны и уменьшения эффекта поршневая жидкость перетекает через отверстие 5 в надклапанную полость. После спуска колонны наворачивают квадрат, запускают насос, винтовой отклонитель и создают необходимую нагрузку на долото, наблюдают за давлением в манифольде на манометре. При несовпадении углубления 15 с шаром 16, который под действием веса и благодаря наклону устанавливается на 180^о против азимута скважины, клапан открыт с зазором 3-5 мм, что сигнализирует на поверхность величиной давления, равной 170 атм, где 110-120 атм гидравлические сопротивления в скважине. Отключают насос и открывают задвижку, расхаживают и поворачивают бурильную колонну на 15^о и снова запускают насос. Операцию повторяют до тех пор, пока углубление в клапане не совпадает с шаром с образованием зазора 23-25 мм, что сопровождается падением давления на 50-60 атм до 120 мм на манометре, что сигнализирует об установке отклонителя по требуемому азимуту и возможности углубления скважины. Для проверки положения допускают контрольное визирование отклонителя в устройстве для ориентирования. Для контроля положения ствола после 25-50 м проходки производят замеры инклинометрии в немагнитных трубах.

Благодаря повышению надежности работы сигнализатора обеспечивают возможность его использования, что позволяет по сравнению с базовой технологией ориентирования отклонителя, включающей спуск инклинометра в устройство, определение положения отклонителя и ствола скважины в немагнитных трубах, следующее: исключить спуск и подъем инклинометра, ориентирование; повысить точность установки отклонителя за счет учета угла закручивания бурильной колонны; сократить затраты времени и средств на ориентирование, дежурство инклинометрических партий.

Использование сигнализатора особенно актуально на глубинах свыше 1000 м для горизонтальных скважин, где при углах более 60^о необходима принудительная подача приборов, большой объем работ по ориентированию отклонителя и увеличение длины участка из-за сложности учета угла закручивания. При надежной работе сигнализатора ограничивается использование навигационных телеметрических систем.