шарнирный отклонитель

Формула изобретения

ШАРНИРНЫЙ ОТКЛОНИТЕЛЬ, включающий направляющую штангу с долотом и упругим наддолотовым центратором и децентратор, содержащий связанный с направляющей шатнгой посредством шарнирной муфты ствол с ограничителем и каркас с упругими опорными планками, установленный на стволе под ограничителем с возможностью возвратно-поступательного перемещения и проворота, отличающийся тем, что он снабжен фиксатором углового положения каркаса относительно ствола, выполненным в виде упора, расположенного под каркасом на стволе или на нижнем торце каркаса, и ответного паза, выполненного соответственно в каркасе или на стволе, а ограничитель выполнен в виде осевой опоры скольжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при бурении наклонно направленных скважин, преимущественно роторным способом.

Известен роторный шарнирный отклонитель, содержащий направляющую штангу с долотом, соединенную при помощи шарнира с утяжеленными бурильными трубами [1]

Данный отклонитель работает только в плоскости естественного искривления скважины и не позволяет произвольно изменять азимут направления бурения ствола скважины, что является существенным недостатком.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является шарнирный отклонитель, включающий направляющую штангу с долотом и упругим наддолотным центратором и децентратор, содержащий связанный с направляющей штангой посредством шарнирной муфты ствол с ограничителем и каркас с упругими опорными планками, установленный на стволе под ограничителем с возможностью возвратно-поступательного перемещения и проворота [2] Однако указанный шарнирный отклонитель непригоден для роторного бурения, т. к. не позволяет фиксировать в пространстве положение плоскости действия отклонителя при вращении бурильной колонны ротором.

Изобретение направлено на обеспечение возможности фиксирования плоскости действия отклонителя при роторном способе бурения. При осуществлении изобретения, в результате взаимодействия каркаса децентратора с фиксатором, становится возможным изменить плоскость действия отклонителя, работая в режиме его ориентирования, и обеспечить заданный азимут скважины, сохраняя его, когда отклонитель работает в режиме искривления ее ствола. Последнее достигается за счет относительно большего момента сил трения опорных планок каркаса о стенки ствола скважины в процессе ее углубления, по сравнению с моментом сил трения, возникающих в осевой и в радиальной опорах скольжения, что позволяет зафиксировать угловое положение каркаса относительно стенок скважины.

Для этого шарнирный отклонитель, включающий направляющую штангу с долотом и упругим наддолотным центратором и децентратор, содержащий связанный с направляющей штангой посредством шарнирной муфты ствол с ограничителем и каркас с упругими опорными планками, установленный на стволе под ограничителем с возможностью возвратно-поступательного перемещения и проворота, снабжен фиксатором углового положения каркаса относительно ствола, выполненным в виде упора, расположенного под каркасом на стволе или на нижнем торце каркаса, и ответного паза, выполненного соответственно в каркасе или на стволе, а ограничитель выполнен в виде осевой опоры скольжения.

Предложенное техническое решение позволяет гарантированно переключить заторможенный стенками скважины каркас децентратора с вращения в нем ствола на совместное вращение каркаса и ствола децентратора. Так, при контакте верхнего торца каркаса с осевой опорой реализуется режим ориентированного бурения (искривления) ствола скважины, когда интенсивность искривления последнего определяется параметрами направляющей штанги. Осевая опора в этом случае обеспечивает минимальное трение каркаса с вращающимся стволом и повышает надежность фиксирования плоскости действия отклонителя.

Во втором случае, когда, например, нижний торец каркаса взаимодействует своим пазом с упором фиксатора, в результате совместного поворота ствола и каркаса возможно скорректировать азимут действия отклонителя, изменяя угловое положение опорных планок каркаса децентратора относительно стран света. В этом случае отклонитель работает в режиме ориентирования.

На фиг. 1 изображен шарнирный отклонитель при установке заданного азимута ствола скважины; на фиг. 2 разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 шарнирный отклонитель в процессе направленного бурения скважины.

Шарнирный отклонитель содержит направляющую штангу 1 с долотом 2 и упругим наддолотным центратором в виде ствола 3, на котором установлен каркас 4 с упругими опорными планками 5. Каркас 4 имеет радиальные опоры скольжения (на чертеже не показаны), что обеспечивает его свободное вращение на стволе 3, а номинальный диаметр каркаса 4 по опорным планкам 5 больше диаметра долота 2. При необходимости направляющая штанга 1 может иметь наддолотный калибратор 6, диаметр которого равен диаметру долота 2.

Децентратор содержит ствол 7, на котором установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения и проворота каркас 8 благодаря наличию у него радиальных опор скольжения (на чертеже не показаны). Каркас 8 децентратора имеет, например, расположенные по одну сторону его диаметра упругие опорные планки 9.

Ствол 7 децентратора посредством шарнирной муфты 10 соединен с направляющей штангой 1. Над каркасом 8 на стволе 7 закреплена осевая опора скольжения 11 (или качения), а фиксатор углового положения каркаса 8 относительно ствола 7 может быть расположен, например, под каркасом 8 и представлять собой, например, упор 12 на стволе 7 и ответный паз 13 на торце каркаса 8 или наоборот.

Расстояние Н между осевой опорой скольжения 11 и упором 12 выбирают таким образом, чтобы при возвратно-поступательном движении каркаса 8 был гарантирован выход последнего из зацепления с упором 12. Для этого

Н > l + h, где l длина каркаса 8;

h глубина паза 13.

Плоскость действия отклонителя определяют с помощью забойного инклинометра, который представляет собой, например, магнитный переводник 14 и диамагнитную трубу 15. Магнитная метка переводника 14 ориентирована относительно упора 12 ствола 7 децентратора, а положение паза 13 каркаса 8, взаимодействующего с упором 12, однозначно определено относительно его упругих планок 9.

Шарнирный отклонитель работает следующим образом. В режиме ориентированая шарнирный отклонитель спускают на забой скважины. Затем приподнимают его, примерно на 1 м с проворотом бурильной колонны (на чертеже не показана), обеспечивая заход упора 12 в паз 13 на нижнем торце каркаса 8. В этом положении осуществляется ориентирование плоскости действия отклонителя в заданном азимуте путем поворота бурильной колонны ротором буровой установки. Угол поворота каркаса 8, определяющего плоскость действия отклонителя, контролируют при помощи забойного инклинометра.

В режиме искривления ствола скважины отклонитель вновь опускают на забой, при этом осевая опора скольжения 11 упирается в верхний торец каркаса 8, а, соответственно, упор 12 выходит из паза 13, освобождая каркас 8. В процессе углубления скважины, например, при вращении бурильной колонны ротором, каркас 8 децентратора не вращается, т.к. момент сил трения его опорных планок 9 о стенки скважины превышает момент сил трения в осевой опоре скольжения 11 и радиальных опорах каркаса 8. Это обеспечивает сохранение азимута плоскости действия отклонителя.

В начальный момент искривления скважины (см.фиг.3) силы упругой деформации опорных планок 9 децентратора будут стремиться прижать верхний конец направляющей штанги 1 с шарнирной муфтой 10 к стенке скважины, противоположной заданному направлению ее искривления, что, благодаря наличию наддолотного центратора, приведет к отклонению оси долота 2 в сторону искривления скважины. После прижатия шарнирной муфты 10 к указанной стенке интенсивность искривления скважины с большой точностью будет определяться геометрическими параметрами направляющей штанги 1.

Влияние на интенсивность искривления скважины изменения фактического диаметра ствола скважины при прохождении различных по свойствам пород в значительной мере устраняется, благодаря наличию упругого наддолотного центратора, который всегда удерживает ось долота 2 в центре поперечного сечения скважины.

Для повышения надежности работы шарнирного отклонителя периодически с помощью забойного инклинометра проверяется плоскость действия отклонителя, т. е. ориентация каркаса 8 децентратора и при необходимости корректируется, работая в режиме ориентирования.

Изобретение позволяет обеспечить возможность искривления скважин в заданном азимуте при роторном способе бурения, т.к. фиксирует плоскость действия отклонителя в процессе углубления скважины.