Устройство для стабилизации азимутального направления бурового снаряда

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .РЕСПУБЛИК 1682512 А 1 7/08 51)5 Е ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТОРСКОМ ДЕТЕЛЬСТ 1 б л(56) Авторское свидетельство СССР Мг 985235, кл. Е.21 В 7/08, 1981.Авторское свидетельство СССР Р 1608017, кл. Е 21 В 7/08, 1989.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ АЗИМУТАЛЬНОГО НАПРАВЛЕНИЯ БУРОВОГО СНАРЯДА57) Изобретение относится к технике бурения наклонно-направленных скважин и позволяет повысить точность стабилизации эзимутального направления ствола скважины при отклонении его от заданного направления. Устройство содержит корпус3 основного стабилизатора (С) 1 и эксцентрично установленный над ним К 4 дополнительного С 2, В продольных пазах К 3 и 4 размещены толкатели 5 и 6 и опорные элементы 7 и 8 в виде пластин из эластичного материала. При этом С 1 и 2 имеют гидравлические узлы, Один из узлов выполнен в виде гильзы 11 с кольцевым поршнем 12, образующим с внутренней поверхностью гильзы 11 и К 3 верхнюю и нижнюю рабочие камеры 13 и 14. Другой гидравлический узел выполнен в виде плунжеров 22, расположенных в камерах 24. Камеры 14 и 24 гидравлически связаны с внутренними полостями соответственно К 31682512 Корпус 3 оснащен соединительными резьбами 20 для связи его с компоновкой бурильного инструмента. На верхней муфте корпуса 3 нанесена установочная метка 21, соответствующая плоскости эксцентриситета (плоскос и отклонителя),Гидравлический узел дополнительного стабилизатора 2 выполнен в виде двух плунжеров 22 с уплотнениями 23, которые расположены над толкателями б в камерах 24, которые выполнены в коргусе 4 и гидравлически связаны с его внутренней полостью отверстиями 25. Холкатели б стабилизатора 2 снабжены упорами 26, которые размещены в карманах 2;. Карманы 27 выполнены в корпусе 4 в виде радиально направленных А-образно расположенных призм, боковые ребра которых расположены под углом 20 друг к другу, параллельны торцовой плоскости корпуса 4 и симметричны относительно плоскоспи эксцентриситета (плоскости отклонителя). Полости карманов 27 сообщены с пазами, в которых перемещаются толкатели 6. Шарики 10 размещены в карманах 27 с возможностью радиального перемещения. Верхняя. соединительная резьба 28 выполнена эксцентрично относительно оси корпуса 4. Величина смещения осей составляет е, а направление эксцентриситета оти 4 посредством отверстий 15 и 25, В поршне 12 выполнена полость 19 в виде расположенных Ч-образно сообщающихся наклонных призм (П), а в К 4 выполнены карманы 27 в виде радиально направленных А-образно расположенных П. Боковые ребра П параллельны торцовой полости К 3, 4 и симметричны относительно плоскости эксцентриситета, В полости 19 и карманах Изобретение относится к технике бурения наклонно-направленных скважин и предназначено для выправления отклонения ствола от заданного направления. Цель изобретения - повышение точности стабилизации азимутального направления ствола скважины.На фиг, 1 приведено устройство для стабилизации направления бурового снаряда, на фиг, 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б - Б на фиг. 1; на фиг, 4 - сечение В-В на фиг, 1; на фиг. 5 - сечение Г - Г на фиг, 1; на фиг, б - сечение Д - Д на фиг, 1; на фиг, 7 - сечение Е-Е на фиг, 1; на фиг,8 - сечение 3 - 3 на фиг. 6; на фиг.Э - схема срабатывания стабилизаторов,при размещении уст. ройства в исправленном стволе скважины; на фиг, 10 - схема взаимодействия компоновки бурильного инструмента, оснащенного устройством, со сенками ствола скважины, вид И на фиг,9.Устройство для стабилизации азимутального направления бурового снаряда включает два стабилизатора; основной стабилизатор 1 и установленный над ним эксцентрично дополнительный стабилизатор 2. В корпусе 3 основногс и корпусе 4 дополнительного стабилизаторов 1 и 2 диаметрально противоположно выполнены пазы, в которых расположены толкатели 5 и б и опорные элементы 7 и 8 в виде пластин иэ эластичного материала, Эксцентричная масса стабилизаторов выполнена в виде шариков 9 и 10, В полости корпуса 3 установлены вал турбобура не показаны). Гидравлический узел стабилизатора 1 выполнен в виде концентрично размещенной на корпусе 3 гильзы 11 с кольцевым поршнем 12, образующим с внутренней поверхностью гильзы 11 и корпуса 3 верхн ою 13 и нижнюю 14 рабочие камеры, Нижняя камера 14 гидравлически связана с полостью корпуса 3 отверстиями 15 и герметизирована уплотнениями 16. Верхняя камера 13 оборудована сальниксм 17, исключаю 20 25 30 35 40 45 27 размещены шарики 9 и 10, При подаче бурового раствора толкатели 5 и 6 перемещаются и сжимают опорные элементы 7, 8, которые формируют противоположно направленные отклоняющие усилия на стенки скважины. Это приводит к выправлению азимутального отклонения ствола скважины. 10 ил. щим попадания в нее образивных частиц, Толкатели 5 имеют ступенчатую конфигурацию, расположены в верхней камере 13 и подпружинены относительно корпуса 3 в осевом направлении пружинами 18, В кольцевом поршне 12 основного стабилизатора 1 в основании верхней рабочей камеры 13 выполнена полость 19 в виде расположенных Ч-образно сообщающихся наклонных призм, боковые ребра которых расположены под углом 2 О друг к другу, параллельны торцовой плоскости корпуса 2 и симметрич ны относительно плоскости эксцентриситета плоскости отклонителя). Шарик 9 размещен в полости 19, 168251250 55 10 15 20 25 30 35 40 мечено установочной меткой 29 на верхнем и нижнем концах корпуса 4,Стабилизатор 2 оснащен установочным переводником ЗО, на котором имеется цилиндрическая упорная резьба 31 для соединения с корпусом 4, уплотнениями 32, регулировочными кольцами 33 и шкалой 34.Стабилизатор 2 оснащен втулкой(не показана) для соединения резьбой 35 секций роторного вала забойного двигателя 36. Втулка установлена на радиальных опорах в полости корпуса 4,Устройство для стабилизации аэимутального направления бурового снаряда работает следующим образом,При помощи соединительных резьб 13 и установочного перяводника ЗО последовательно собирают компоновку(фиг. 10); долото 37, стабилизатор 1, забойный двигатель 36, стабилизатор 2. Сборка производится ориентированно, так, чтобы установочные метки 21 и 29 находились на одной образующей компоновки. Это достигается подбором толщины регулировочных колец 33 с использованием шкалы 34 на установочном переводнике ЗО. Далее спускают компоновку с расстопоренным крюком в скважину до забоя. Расстопоренный крюк талевого блока (не показан) обеспечивает свободное вращение и самоориен,ирование устройства в наклонном стволе,Если ствол скважины имеет плоское искривление, т.е, азимут скважины не меняется, то устройство располагается в стволе симметрично относительно апсидальной плоскости (фглг. 3-6) эа счет того, что вес бурильного инструмента, приложенный к точке 02, больше, чям еяс компоновки со стабилизаторами, центр тяжести которой находится сверху в точке 01.Положение шариков 9 и 10 в полости 19 и в карманах 27 при этом симметрично относительно плоскости отклонителя, которая совпадает с апсидальной плоскостью ствола скважины.При включении бурового насоса (не показан) кольцевой поршень 12 и плунжеры 22 воздействуют на толкатели 5 и 6, но опорные элементы 7 и 8 не сжимаются, так как в стабилизаторе 1 шарик 9 находится посредине между нижними торцами толкателей 5 и при перемещении кольцевого поршня 12 вверх толкатели 5 свободно входят в полость 19, не передавая усилие сжатия на опорные элементы 7, а в стабилизаторе 2 сжатию("включению") опорных элементов 8 препятствуют шарики 10, находящиеся под упорами 26 толкателей 6 в нижних торцахкарманов 27 (фиг, 7),При пространственном искривлении ствола скважины, например при увеличиваюгшямся азимуте (фиг, 9 и 10) центр тяжести компоновки смещается вправо относительно центра тяжести бурильного инструмента эа счет эксцентриситета. Так как бурильный инструмент спускают с расстопоренным крюком, и силы трения о стенки скважины не оказывают влияния на ориентирования эксцентричной конструкции, то происходит поворот компоновки на угол ф, который определяется из геометрических построений (фиг. 9 и 10) по формулеуу = агсзге ж, г 1)агае й гтут - изменение азимута скважины на участке ствола длиной ., рад;- длина компоновки, м;я - эксцентриситет,м,Так как угол Лр мал, то формулу (1) можно записать в видед = агсзп + (2) причем знак и+и соответствует росту, а знак "-" - уменьшению азимута скважины.Если угол поворота компоновки ф больше угла О, то устройство корректирует отклонение ствола скважины от проектного азимута, а именно включаются": опорные элементы 8 у верхнего стабилизатора 2 - правый элемент у нижнего стабилизатора 1 - левый опасный элемент 7 (фиг 9), Это происходит следующим образом,При включении бурового насоса кольцевой поршень 12 перемещается вверх под действиям давления в нижней камере 14. Шарик 9 занимает правое (на фиг. 9) положения в цоколе 19. Кольцевой поршень 12, воздействуя через шарик 9 и толкатель 5, расположенный справа, на опорный элемент 7, вызывает пластическую деформаци:о последнего и увеличение выступа, который создает боковое усилие Г, направленное в сторону отклонения ствола от проектного азимута. На долоте 37 возникает противоположно направленное усилие В, корректирующее азимут. Верхний стабилизатор 2 создает боковое отклоняющее усилие С, направленное в левую. сторону (фиг. 9), так как "включенным" оказывается левый опорный элемент 8, причем опорный элемент, расположенный справа, "выключен", так как правый шарик 10 занимает нижнее положение в кармане 27 и препятствует перемещению упора 26 вниз под действием плунжера 22, Левый же опорный элемент 8 "вкл 1 очен", так как левый шарик 10 оказывается в ближнемк центру корпуса 4 конце кармана 27 и непрепятствует перемещению толкателя б,Если азимут скважины уменьшается, токартина выглядит симметрично изображенной на фиг. 9 и 10, 5При выключении бурового насоса, например перед очередным наращиваниембурильного инструмента, плунжеры 22 икольцевой поршень 12 возвращаются в исходное положение под действием сил упругости элементов 8 и пружин 18, Шарики 9 и10 освобождаются от зажима, устройствопринимает транспортное положение.После наращивания бурильного инструмента процесс повторяется, причем направление отклоняющего воздействия на долото37 всегда противоположно возникшему отзаданного азимутального направления,Используют компоновку со стабилизаторами, включающую долото Ш 215,9 МЗ -В, 20наддолотный калибратор 5 К, шпиндель195, основной. стабилизатор 1, турбобурЗТСШ%195 - 2 секции, дополнительныйстабилизатор с эксцентриситетом е = 8,5мм, УГБ - 178-12 и бурильный инструмент 25ТБПВХ 9 - остальное,Конструктивное решение позволяет повысить точность стабилизации азимутального направления ствола скважины, чтообеспечивает сокращение числа рейсов у рбинным отклонителем для корректированияазимута скважины при естественном искривлении ствола,Формула изсбретения 35 Устройство для стабилизации азимутального направления бурового снаряда, содержащее корпус основного стабилизатора с опорными элементами в виде плас 1 ин иэ эластичного материала и эксцентричной 40 массы в виде шарика, установленный в полости корпуса вал, гидравлический узел в виде концентрически размещенной на корпусе гильзы с кольцевым поршнем, образующим с внутренней поверхностью гильзы и корпуса верхнюк и нижнюю рабочие камеры, последняя из которых гидравлически связана с полостью корпуса, и подпружиненные относительно корпуса в осевом направлении толкатели, установленные в верхней рабочей камере, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности стабилизации азимутального направления ствола скважины, оно снабжено установленным эксцентрично над основным стабилизатором дополнительным стабилизатором с гидравлическим узлом, шариками, толкателями и опорными элементами в виде пластин из эластичного материала, при этом толкатели и опорные элементы основного и дополнительного стабилизаторов размещены в продольных пазах, которые выполнены диаметрально противоположно в корпусе каждого стабилизатора, а в кольцевом поршне основного стабилизатора в основании верхней рабочей камеры выполнена полость в виде расположенных Ч-образно сообщающихся наклонных призм, боковые ребра которых параллельны торцовой плоскости корпу:;. симметричны относительно плоскости эксцентриситета, а шарик размещен в полости, причем г.дравлический узел дополнительного стабилизатора выполнен в виде двух плунжеров, расположенных над толкателями в камерах, которые выполнены в корпусе и гидравлически связаны с его внутренней полостью, кроме того, толкатели дополнительного стабилизатора снабжены упорами, которые размещены в карманах, выполненных в его корпусе в виде радиально направленных А-образно расположенных призм, боковые ребра которых параллельны торцовой плоскости корпуса и симметричны относительно плоскости эксцентриситета, а шарики дополнительнога :табилизатора размещены в карманах с возможностью радиального перемещения.1682512 ди 1 И дактор И. Де евк орректор Заказ 3389 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 тельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 роизводственн Составитель А. Дерб Техред М.Моргента