1. Устройство для направленного бурения скважин содержит породоразрушающий инструмент; отклонитель с механизмом регулирования искусственного искривления; ориентирующее устройство, состоящее из жестко соединенной с корпусом отклонителя втулки с двумя направленными одна на встречу другой винтовыми рабочими поверхностями, сверху образующими паз, который фиксирует шарик, и датчика установки отклонителя в рабочее положение, компенсирующей муфты со штоком; механизм крепления, отличающееся тем, что датчик установки отклонителя на забое в рабочее положение выполнен в виде шарнирно закрепленных по окружности сегментов с возможностью контактирования со штоком компенсирующей муфты для перекрытия промывочного канала, с целью подачи гидравлического сигнала об установке отклонителя в рабочее положение и его открытия и изоляции от промывочного канала для прохождения керна.

2. Устройство для направленного бурения скважин по п.1, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и расширения области его применения, корпус снабжен возвратными пружинами, которые при отрыве устройства от забоя выталкивают сегменты в промывочный канал, что исключает их западание в наклонных скважинах и позволяет применять устройство и для корректировки трасс горизонтальных скважин.

 

(57) Реферат / Формула:
Устройство для направленного бурения скважин содержит породоразрушающий инструмент; отклонитель с механизмом регулирования искусственного искривления; ориентирующее устройство, состоящее из жестко соединенной с корпусом отклонителя втулки с двумя направленными одна на встречу другой винтовыми рабочими поверхностями, сверху образующими паз, который фиксирует шарик, и датчика установки отклонителя в рабочее положение, компенсирующей муфты со штоком; механизм крепления, отличающееся тем, что датчик установки отклонителя на забое в рабочее положение выполнен в виде шарнирно закрепленных по окружности сегментов с возможностью контактирования со штоком компенсирующей муфты для перекрытия промывочного канала, с целью подачи гидравлического сигнала об установке отклонителя в рабочее положение и его открытия и изоляции от промывочного канала для прохождения керна.

2. Устройство для направленного бурения скважин по п.1, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и расширения области его применения, корпус снабжен возвратными пружинами, которые при отрыве устройства от забоя выталкивают сегменты в промывочный канал, что исключает их западание в наклонных скважинах и позволяет применять устройство и для корректировки трасс горизонтальных скважин.

 

---

009739
Изобретение относится к буровой технике, к техническим средствам направленного многоствольного бурения скважин, а также для корректировки трассы обычных скважин, отклоняющихся от разведочного профиля. Известный снаряд для направленного бурения скважин (а.с. №1521847 Е 21 В 7/08 15.11.89, бюл. 42 - прототип) содержит породоразрушающий инструмент, отклоняюще-закрепляющее устройство и ориентирующее устройство с механизмом подачи гидравлического сигнала об установке отклонителя на забое в рабочее положение. Недостатком этого устройства является то, что в нем:
1. Закрепляющее и отклоняющее устройства выполнены одним узловым соединением. Это исключает возможность регулирования интенсивности искусственного искривления в зависимости от производственной необходимости. Он рассчитан на определенную интенсивность искусственного искривления в изотропных породах. При применении их для искривления в анизотропных породах, интенсивность может быть непредсказуемой. Поэтому эти устройства не могут применяться для корректировки трассы скважин, буримых снарядами со съемными керноприемниками, где локальное искривление не должно превышать 10-15 мин на метр бурения скважины отклонителем (Справочное руководство мастера геологоразведочного бурения, стр. 303, Ленинград, Недра, Ленинградское отделение 1983).
2. Для получения гидравлического сигнала об установке отклонителя в рабочее положение промывочный канал ориентировочного механизма перекрыт перемычкой, препятствующей прохождению керна. Поэтому это устройство не может применяться при необходимости корректировки трассы скважины в рудных горизонтах, где требуется извлечение керна.
3. Расположение основания от ориентирующего паза (фиксатора) на расстояние меньше половины шага винтовой поверхности осложняет процесс установки отклонителя на забое в рабочее положение. На рисунке (фиг. 2) показан продольный разрез ориентирующей втулки на полную длину шага винтовой поверхности, а также вид ее сбоку (фиг. 3) и разрез по линии Б-Б (фиг. 3а), расположенные на расстоянии меньше половины шага винтовой поверхности (фиг. 2-3, пунктирные линии). Как видно из рисунка, в этом случае в свободном состоянии шарик может передвигаться только на расстояние, которое ограничивается правой и левой винтовыми поверхностями. Поэтому для установки плоскости отклонителя в рабочее положение (в апсидальную плоскость скважины) необходимо отклонитель многократно ставить на забой и отрывать его от забоя пока ориентирующий паз не будет установлен в апсидальную плоскость скважины.
Задачей изобретения является повышение эффективности многоствольного направленного бурения и расширение области его применения. Достигается это благодаря тому, что:
1. Предлагаемое устройство содержит механизм перекрытия промывочного канала для подачи гидравлического сигнала об установке отклонителя на забое в рабочее положение, а затем открытие промывочного канала для свободного продвижения керна. Это дает возможность производить корректировку трассы скважины как сплошным забоем с применением алмазных и шарошечных долот, так и кольцевым забоем с извлечением керна. При многоствольном бурении это позволит до предела сократить проходку по вмещающим породам, поскольку корректировку трассы скважины можно будет производить и по рудным горизонтам.
2. Сигнально-ориентирующее устройство содержит возвратные пружины, которыми сегменты выталкиваются в промывочный канал и потоком промывочной жидкости возвращаются в исходное положение, что исключает возможность западания сегментов в наклонных скважинах и позволяет применять устройства для корректировки трассы горизонтальных скважин.
3. Отклоняющее устройство имеет механизм регулирования интенсивности искусственного искривления от 3 минут до 2 градусов на метр бурения скважины отклонителем. Это позволит применять направленное многоствольное бурение и при бурении скважин снарядами со съемными керно-приемниками (ССК), где интенсивность локального искривления не должна превышать 10-15 минут на метр бурения скважины отклонителем.
4. Расположение опорного кольца (основания) на расстоянии больше шага винтовой поверхности упрощает процесс установки отклонителя на забое в рабочее положение. В этом случае правая и левая винтовые поверхности начинаются с одной точки. При освобождении шарика от ниппеля, он может свободно перемещаться по всей окружности и в наклонной скважине сразу устанавливается в апсидальную плоскость. Поэтому для установки отклонителя на забое в рабочее положение, достаточно поставить снаряд на забой, оторвать его от забоя и снова поставить на забой, создать необходимые параметры и начать бурение.
На фиг. 1 показана компоновочная схема устройства в транспортном положении (при установке на забой); на фиг. 2 - продольный разрез ориентирующей втулки; на фиг. 3 - вид ориентирующей втулки с боку; на фиг. 3а - разрез по Б-Б (втулки 2); на фиг. 4 - форма сегмента; на фиг. 5 - продольный разрез ориентирующего устройства в транспортном положении (при спуске в скважину, перед постановкой на забой, а также при завершении операций по ориентированию и при подъеме на поверхность после завершения рейса бурения); на фиг. 6 - продольный разрез ориентирующего устройства в момент установки отклонителя на забой перед началом бурения, а также в процессе бурения; на фиг. 7 - установка сегментов в горизонтальное положение в момент перекрытия промывочного канала и подаче гидравлического сигнала о завершении ориентации (сечение А-А).
- 1 -
009739
Устройство для направленного бурения содержит (фиг. 1) породоразрушающий инструмент 1, смеситель (отклонитель) 2, с механизмом регулирования интенсивности искусственного искривления 3, механизм крепления 4 и сигнально-ориентирующее устройство 5.
Сигнально-ориентирующее устройство (фиг. 5) состоит из корпуса сегментов 6 с внутренней кольцевой канавкой 7, в которой расположены шарниры 9 сегментов 8. Сверху кольцевая канавка 7 ограничена внутренним кольцевым выступом 10 с продольными канавками 11, для свободного перемещения сегментов в радиальном направлении. Снизу канавка 7 ограничена внутренним кольцевым выступом 13 шлицевой муфты 12. Выступ также имеет продольные канавки для свободного перемещения сегментов в радиальном направлении. Сверху корпус сегментов 6 имеет конусный кольцевой выступ 14 с продольными канавками для перемещения в радиальном направлении возвратных пружин 15, закрепленных на конусной втулке 16. Сверху втулки 16 устанавливается шайба 17, после чего корпус сегментов соединяется с ниппелем-корзиной 18.
Посредством накидной гайки 19 шток 20 соединяется с корпусом шлицевой муфты 12. На шток 20 надеваются тарелки 21 роторной пружины. Переходником 22 шток шлицевой муфты соединяется с валом закрепляющего механизма. Трубой 23 верхний полуклин закрепляющего механизма соединяется с переходником 24, верхняя торцевая поверхность которого является опорным кольцом для перемещения ориентирующего шарика в свободном положении. Сверху ниппель-корзина 18 соединяется с валом ориентирующего механизма 25; переходник 24 соединяется с корпусом ориентирующего механизма 26, который жестко соединен с ориентирующей втулкой 27, с винтовыми рабочими поверхностями 28, которые сверху образуют ориентирующий паз 29, в котором установлен шарик 30. Корпус 26 закрывается крышкой 31, с подшипником 31а и уплотнительными кольцами 31 б, в которых расположен вал ориентирующего механизма 25 с возможностью перемещения коаксиально корпусу устройства. На вал 25 надевается корпус подшипника 32 с подшипником 33 и вал соединяется с переходником 34. Корпус подшипника 35 соединяется с корпусом подшипника 32.
В процессе бурения вал буровой установки через опорный подшипник 33 корпуса 32 соединяется с крышкой ориентирующего устройства 31. Поэтому при бурении осевая нагрузка на забой подается как через не вращающий корпус отклонителя, так и через его внутренний вращающий вал.
Усилие предварительного сжатия пружины 21 больше массы устройства. Поэтому в собранном устройстве все подвижные соединения находятся в напряженном равновесии. При нарушении равновесия под воздействием этой пружины все узловые соединения возвращаются в исходное положение.
Перед спуском отклонителя в скважину необходимо плоскость смесителя поставить в рабочее положение и установить требуемую интенсивность искусственного искривления. Для этого устройство устанавливают в положение, при котором зафиксированный шарик занимает нижнее положение. Отворачивают накидную гайку 2а (фиг. 1 поз.2а) и поворачивают плоскость отклонителя в рабочее положение по отношению к зафиксированному шарику 30 и закрепляют накидной гайкой 2а.
Интенсивность искусственного искривления регулируется изменением зазора ("3") посредством установки ограничителя 3 соответствующей высоты (фиг. 1 поз.3).
Подготовленное к работе устройство на бурильных трубах опускают в скважину. На расстоянии 3040 см от забоя скважину тщательно промывают и снаряд плавно устанавливают на забой. При соприкосновении с забоем вал 25, ниппель 18, корпус 6, муфта 12 перемещаются вниз коаксиально корпусу 26, штоку 20 и трубе 23, вследствие чего подвешенные на шарнирах сегменты 8 находят на шток компенсирующей муфты 20, подхватываются этим штоком и устанавливаются в горизонтальное положение, полностью перекрывая промывочный канал (фиг. 7 сеч. А-А). На поверхности это фиксируется повышением давления на манометре насоса буровой установки. При дальнейшем повышении давления на забой, сегменты 8 устанавливаются в вертикальное положение и полностью изолируются от промывочного канала (фиг. 6 поз.8). В это время, вследствие сжатия пружины 21, углубления 18-а ниппеля - корзины 18 находятся ниже торцевой поверхности переходника 24. Поэтому шарик 30 извлекается из углублений 18-а и, свободно передвигаясь по торцевой поверхности, устанавливается в апсидальной плоскости скважины.
При отрыве снаряда от забоя, под воздействием возвратной пружины 21, все подвижные соединения устройства возвращаются в исходное положение. Ниппель-корзина 18, перемещаясь вверх, нижним углублением 18-а подхватывает шарик 30. Втулка 27 своими винтовыми поверхностями 28 скользит по шарику 30 и устанавливает плоскость отклонителя в рабочее положение. С промывкой отклонитель снова ставится на забой, устанавливаются необходимые для бурения параметры и производится углубка скважины.
При значительных объемах искусственного искривления длина рейса может ограничиваться только работоспособностью породоразрушающего инструмента. При этом, для повторной ориентированной установки после наращивания замера необходимо с промывкой поставить снаряд на забой скважины, создать необходимые для бурения режимы, затем оторвать его от забоя и снова поставить на забой, создать необходимые для бурения параметры и продолжать бурение.
- 2 -
009739
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство для направленного бурения скважин содержит породоразрушающий инструмент; от-клонитель с механизмом регулирования искусственного искривления; ориентирующее устройство, состоящее из жестко соединенной с корпусом отклонителя втулки с двумя направленными одна на встречу другой винтовыми рабочими поверхностями, сверху образующими паз, который фиксирует шарик, и датчика установки отклонителя в рабочее положение, компенсирующей муфты со штоком; механизм крепления, отличающееся тем, что датчик установки отклонителя на забое в рабочее положение выполнен в виде шарнирно закрепленных по окружности сегментов с возможностью контактирования со штоком компенсирующей муфты для перекрытия промывочного канала, с целью подачи гидравлического сигнала об установке отклонителя в рабочее положение и его открытия и изоляции от промывочного канала для прохождения керна.
2. Устройство для направленного бурения скважин по п.1, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и расширения области его применения, корпус снабжен возвратными пружинами, которые при отрыве устройства от забоя выталкивают сегменты в промывочный канал, что исключает их западание в наклонных скважинах и позволяет применять устройство и для корректировки трасс горизонтальных скважин.
Фиг. 4
- 3 -
009739
009739
А-А
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 5 -