Результат интеллектуальной деятельности: ОТКЛОНИТЕЛЬ ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН РОТОРНЫМ СПОСОБОМ

Предлагаемое решение относится к области бурения наклонных и горизонтальных скважин.

Известна управляемая система бурения, содержащая выдвигающиеся башмаки, активацию которых гидравлически контролирует клапан. Будучи прижат к стенке скважины, отталкиваясь от нее, башмак поворачивает компонку низа бурильной колонны в желаемом направлении. (Заявка №2422387 Великобритании, Е21В 7/06). Гидравлически управляемые системы ненадежны в жестких условиях бурения, поскольку при высокой частоте возвратно-поступательных движений башмаков образуется повышенный износ в абразивной среде бурового раствора, а также высока вероятность забивания и заклинивания из-за попадания в полости под башмаками шлама.

Известны отклонители для наклонно-направленного бурения скважин роторным способом, основанные на применении изогнутого в средней части корпуса, полого вала, состоящего из двух частей, и узла блокировки полого вала. (Патент №2112128, РФ, МПК Е21В 7/08; патент №2236539, РФ, МПК Е21В 7/08).

В качестве прототипа выбрано изобретение по патенту №2236539, РФ, МПК Е21В 7/08. Отклонитель для наклонно-направленного бурения включает между долотом и бурильной трубой изогнутый в средней части корпус, наддолотный центратор с опорными поверхностями, полый вал, связанный с долотом, узел блокировки полого вала, выполненный в виде установленной в корпусе с возможностью перемещения в осевом направлении подпружиненной муфты. Подпружиненная муфта выполнена с внутренними и наружными шлицами, находящимися в зацеплении соответственно со шлицами полого вала и шлицами втулки, закрепленной в корпусе отклонителя. Работой отклонителя управляют изменением расхода промывочной жидкости. Известное устройство сложно в изготовлении и ненадежно в работе, поскольку содержит большое количество деталей, воспринимающих осевые и радиальные нагрузки от долота. Управление работой с помощью гидравлики также ненадежно.

Предлагаемое решение направлено на создание простой и надежной конструкции отклонителя для роторного бурения.

Отклонитель для бурения скважин роторным способом включает бурильную трубу с долотом и наддолотным центратором, муфту, способную перемещаться вдоль оси отклонителя, стопорные элементы, один из которых расположен на муфте, а также опорные поверхности. В предлагаемом решении вал выполнен в виде участка компоновки низа бурильной колонны (КНБК), муфта расположена между верхним и нижним переводниками с возможностью перемещения вокруг оси, стопорные элементы выполнены на нижнем переводнике и нижнем торце муфты, расстояние между переводниками превышает суммарную длину муфты и стопорных элементов, ось отверстия в муфте для прохода вала смещена относительно оси муфты, опорные поверхности расположены по поверхности муфты, а диаметр муфты соразмерен с диаметром долота.

На фиг.1 представлен общий вид компоновки низа бурильной колонны (КНБК) с отклонителем для бурения скважин роторным способом. На фиг.2 - поперечный разрез по А-А. КНБК содержит долото 1, центратор 2, бурильную трубу 3, нижний переводник 4, стопорные элементы 5 и 6, муфту 7, опорные поверхности 8, вал 9, осевую опору 10, опору скольжения 11, верхний переводник 12. δ - величина эксцентриситета муфты 7, φ - угол перекоса бурильной компоновки.

Над долотом 1 расположен центратор 2, диаметр которого равен диаметру долота 1. Выше центратора 2 расположена бурильная труба 3, от длины и жесткости которой зависит величина φ, затем между двумя переводниками 4 и 12 на валу 9 размещена муфта 7. На нижнем торце муфты 7 расположен стопорный элемент 6, выполненный в данном случае в виде зуба. На верхнем конце нижнего переводника 4 расположен ответный стопорный элемент 5. Переводники 4 и 12 ограничивают передвижение муфты 7 в осевом направлении, расстояние между ними превышает суммарную длину муфты 7 и стопорных элементов 5 и 6 в разомкнутом состоянии. Муфта 7 способна к перемещению как в осевом направлении по опоре скольжения 11, так и вокруг вала 9 по осевой опоре 10, и выполнена ребристой для обеспечения прохода промывочной жидкости в процессе бурения, по ребрам муфты 7 расположены опорные поверхности 8. Диаметр муфты по опорным поверхностям равен диаметру долота 1 и диаметру центратора 2. Отверстие в муфте 7 для прохода вала 9 смещено относительно оси муфты 7 на величину δ, зависящую от жесткости КНБК и диаметра муфты 7.

При спуске КНБК с отклонителем на забой скважины за счет сил трения о стенки скважины, усиленных действием опорных поверхностей 8, и с учетом того, что диаметр муфты 7 равен диаметру долота, муфта 7 не вращается вокруг своей оси и находится в верхней части своего хода по валу 9. При этом стопорные элементы 5 и 6 находятся в расцепленном состоянии, тем самым давая возможность проворачиваться валу 9 относительно муфты 7.

При достижении забоя скважины проверяют положение отклонителя в скважине. Если положение отклонителя соответствует расчетному, начинают бурение, при этом за счет отклонения оси бурильной колонны 3 и вала 9 (φ) от оси скважины происходит изменение направления бурения. Если положение отклонителя не соответствует расчетному, то останавливают вращение КНБК и приподнимают долото 1 на высоту, которая обеспечит перемещение муфты 7 в крайнее нижнее положение к нижнему переводнику 4. Для приведения в зацепление стопорных элементов 5 и 6 КНБК поворачивают вокруг своей оси, при этом для надежности необходимо сделать один полный оборот и довернуть на угол, соответствующий расчетному положению отклонителя. Затем КНБК опускают до забоя, дают нагрузку на долото 1, обеспечивая прижатие муфты 7 к стенке скважины, и включают вращение, увеличивая нагрузку до необходимой величины.

Для более устойчивого сохранения направления бурения над долотом 1 установлены центратор 2 с опорными поверхностями и бурильная труба 3, от длины которой и от эксцентриситета муфты δ будет зависеть величина угла перекоса φ и, соответственно, интенсивность набора необходимого угла отклонения скважины.