устройство для бурения наклонно-горизонтальных скважин

Формула изобретения

1. Устройство для бурения наклонно-горизонтальных скважин, включающее два корпуса, расположенные между бурильными трубами и породоразрушающим элементом, узел изменения угла бурения, установленный между корпусами, отличающееся тем, что корпуса расположены с зазором друг относительно друга и соединены между собой подвижно посредством узла изменения угла бурения, который выполнен в виде втулки, внутри которой размещена резиновая втулка, проходящая через внутренние полости корпусов, при этом резиновая втулка снабжена уплотнительным элементом и элементами для исключения ее деформации, а величина зазора выбрана из условия обеспечения бурения по расчетной траектории, обеспечивающей выход из наклонного участка в горизонтальный.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элементы для исключения деформации резиновой втулки выполнены в виде набора стальных колец, а крепежные элементы выполнены в виде двух пар соосно-расположенных стопоров в нижнем и верхнем корпусах соответственно под углом 90° друг к другу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам бурения скважин и предназначено для бурения роторным способом наклонно-горизонтальных многоствольных скважин на продуктивные горизонты многопластовых месторождений твердых полезных ископаемых с последующей добычей твердых полезных ископаемых из тонких некондиционных пластов методом скважинной технологии.

Известно устройство для бурения наклонно-горизонтальных скважин, содержащее трубчатый корпус, отклоняющий элемент, расположенный в его полости, полый вал, расположенный в корпусе с возможностью взаимодействия с отклоняющим элементом, причем верхний конец вала жестко связан с корпусом, а нижний установлен на шарнирной опоре (SU, авт. св. N1469075, Е 21 В 7/08, 21.04.87).

Это устройство имеет ограниченные эксплуатационные возможности, так как, во-первых, оно не позволяет изменять направление скважины в азимутальном направлении, во-вторых, заданное направление выдерживается только при бурении с постоянной осевой нагрузкой.

Известно устройство для бурения наклонно-горизонтальных скважин, имеющее в корпусе с центрирующими относительно оси скважин поверхностями полый вал, состоящий из верхней и нижней секций, узел изменения вала с возможностью осевого перемещения и подпружиненную относительно нижней секции вала муфту с осевым каналом (см. патент США N4895214, Е 21 В 7/08, 90.01.23).

Устройство имеет ограниченные эксплуатационные возможности из-за конструктивных особенностей узла управления направлением бурения, не имеющего надежную фиксацию корпуса и, следовательно, не гарантирующего заданного направления скважины. Кроме того, указанное устройство требует двух режимов прокачки бурового раствора, рабочего и управляющего, для перевода его в рабочее положение, что в свою очередь вызывает увеличение энергетических затрат.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для направленного бурения, содержащее полый вал, корпус, установленный на валу концентрично с возможностью вращения, опорные элементы, установленные на наружной поверхности корпуса, и узел управления корпусом. Вал выполнен составным из верхней и нижней секций, расположенных под углом одна относительно другой, а узел управления корпусом содержит расположенную между секциями вала и подпружиненную относительно нижней секции муфту, которая установлена с возможностью осевого перемещения и имеет на наружной поверхности кольцевую канавку с пазом для взаимодействия со стопорным пальцем, закрепленным на корпусе (см. патент РФ №2112128, МПК Е 21 В 7/08).

Недостатком устройства является невозможность осуществления бурения по короткой дуге из наклонного участка скважины в горизонтальный участок продуктивного пласта. Кроме того, наличие наружного жесткого корпуса, искривленного под углом , приводит к снижению прочностных характеристик узлов устройства при бурении скважин малого диаметра.

Задачей предлагаемого устройства является осуществление бурения по короткой дуге из наклонного участка скважины в горизонтальный участок продуктивного пласта.

Поставленная задача решается тем, что устройство для бурения наклонно-горизонтальных скважин, включающее два корпуса, расположенные между бурильными трубами и породоразрушающим элементом, узел изменения угла бурения, установленный между корпусами, согласно изобретению, корпусы расположены с зазором относительно друг друга и соединены между собой подвижно посредством узла изменения угла бурения, который выполнен в виде втулки, внутри которой размещена резиновая втулка, проходящая через внутренние полости корпусов, при этом резиновая втулка снабжена уплотнительным элементом и элементами для исключения ее деформации, а величина зазора выбрана из условия обеспечения бурения по расчетной траектории.

Элементы для исключения деформации резиновой втулки выполнены в виде набора стальных колец, а крепежные элементы выполнены в виде двух пар соосно расположенных стопоров в нижнем и верхнем корпусах соответственно под углом 90° друг к другу.

Оригинальность предлагаемого решения заключается в том, что устройство исключает необходимость наружного жесткого корпуса, искривленного под углом , что позволяет при бурении скважин малого диаметра не допускать ослабления прочностных характеристик узлов устройства.

Изобретение поясняется чертежом, где:

1 - верхний корпус;

2 - нижний корпус;

3 - втулка;

4 - стопора;

5 - резиновая втулка;

6 - торцевой упор;

7 - долото;

8 - бурильные трубы;

9 - наклонный участок скважины;

10 - набор стальных колец;

11 - забой;

12 - сальник.

Устройство для бурения наклонно-горизонтальных скважин состоит из двух разъемных подвижных корпусов - верхнего 1, который соединен с бурильными трубами 8, и нижнего 2, который соединен с долотом 7. Верхний корпус 1 и нижний корпус 2 соединены между собой подвижной втулкой 3, через четыре стопора 4, два из которых соосно расположенных в верхнем корпусе и два - в нижнем корпусе. Плоскости этих пар стопоров расположены по отношению друг к другу под углом 90 градусов. В теле корпусов 1 и 2 стопора 4 крепятся неподвижно, а подвижная втулка 3 может совершать колебательные движения вокруг стопоров 4. Стопора 4 и подвижная втулка 3 соединены через корпуса с бурильными трубами 8 и долотом 7. Корпусы расположены с зазором (с) относительно друг друга, который позволяет создать соответствующий угол наклона для бурения по расчетной траектории, выполаживания наклонного участка скважины в горизонтальный в конкретном геологическом разрезе. Для расчета величины зазора может быть использовано следующее соотношение: c=2D Sin /2, где D - диаметр корпуса, - максимальный угол между корпусами в момент соприкосновения торцевых частей, который равен центральному углу правильного многоугольника, описанного окружностью радиуса R, по траектории которой происходит выполаживание. При этом =360°:n, где n - количество сторон правильно описанного многоугольника и равно сумме длин нижней части корпуса и породоразрушающего инструмента (долота). Выбранная расчетная величина угла обеспечивается упором с одной из сторон торцевых частей корпусов.

Устройство для бурения наклонно-горизонтальных скважин работает следующим образом. Подвижная втулка 3 совершает свободные колебательные движения вокруг стопоров 4 в границах внутренней полости верхнего 1 и нижнего 2 корпуса. Через стопоры 4 и подвижную втулку 3 передается вращение от ротора через бурильные трубы 8 к долоту 7 под расчетным углом . Для осуществления подачи промывочной жидкости через бурильные трубы 8 к долоту 7 и далее для очистки забоя, вовнутрь верхнего корпуса 1, нижнего корпуса 2, подвижной втулки 3 вставляют резиновую втулку 5, оборудованную распорным уплотнительным сальником 12, набором стальных колец 10, не допускающих деформацию резиновой втулки 5. Фиксация расчетной величины угла отклонения происходит за счет торцевых упоров 6 верхнего 1 и нижнего 2 корпуса. В процессе спуска устройства на бурильных трубах 8 по стенке наклонного участка скважины 9 устройство подходит к забою 11 под углом . В процессе бурения по короткой дуге для выхода из наклонного участка в продуктивный горизонт происходит выполаживание наклонного участка в сторону горизонта на соответствующую расчетную величину угла . Азимут задается наклонным участком и он сохраняется при входе в горизонт продуктивного пласта.

Пример.

При фактическом геологическом залегании продуктивного пласта (глубина которого определяется предварительным бурением опережающей скважины) на 40-50 м радиус расчетной траектории составляет порядка 20 м. Диаметр корпуса 0,165 м, длина нижней части корпуса с долотом 0,7 м, при этом n=180, а угол =2°, т.о. величина зазора в статическом состоянии между корпусами составит 2,8 мм, а при максимальном раскрытии корпусов до упора 5,6 мм.