RU2017924C1 - Controlled deflecting tool for well directional drilling - Google Patents

Abstract

FIELD: well drilling. SUBSTANCE: deflecting tool has guide bar with bit and supporting and centering member, articulated coupling connecting downhole motor shaft and guide bar, and flexible decentralizer installed on stator of downhole motor above articulated coupling. Deflecting tool has movable centralizer on its upper part and centralizer motion limiter with means for its locking from turning in one of circular directions, and located in the section adjacent to upper end of decentralizer is centralizer locking unit in its lower position. Flexible plates of centralizer have rigidity exceeding that of decentralizer flexible plates that ensures disengagement of decentralizer in lower position of centralizer. Position of movable centralizer is monitored by signals sent to surface by transducers installed between locking unit and centralizer displacement limiter. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для направленного бурения скважин забойными двигателями преимущественно в перемежающихся по твердости пластах горных пород. The invention relates to drilling equipment and can be used for directional well drilling with downhole motors mainly in alternating hardness rock formations.

Известен управляемый отклонитель для направленного бурения скважин, включающий направляющую штангу с долотом и опорно-центрирующим элементом, забойный двигатель, шарнирную муфту или гибкое звено, связывающее вал забойного двигателя и направляющую штангу, установленный над шарнирной муфтой и связанный со статорной системой двигателя упругий децентратор и расположенный над ним на верхнем конце отклонителя центратор. Known controlled diverter for directional drilling of wells, including a guide rod with a chisel and support-centering element, a downhole motor, a hinged coupling or a flexible link connecting the shaft of the downhole motor and a guide rod mounted above the hinged coupling and connected to the stator system of the engine, an elastic decentrator and located above it at the upper end of the diverter is a centralizer.

Недостатком указанного отклонителя является то, что он не обеспечивает возможность направленного бурения скважин с достаточной точностью заданной величины азимута, так как смещение центра шарнирной муфты происходит под действием реактивного момента двигателя, величина которого в процессе бурения изменяется в широких пределах в зависимости от множества факторов. The disadvantage of this diverter is that it does not provide the possibility of directional drilling of wells with sufficient accuracy of a given azimuth value, since the shift of the center of the articulated coupling occurs under the influence of the reactive moment of the engine, the magnitude of which varies widely during the drilling process, depending on many factors.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей и повышение надежности. The aim of the invention is to expand technological capabilities and increase reliability.

Для этого управляемый отклонитель для направленного бурения скважин, включающий направляющую штангу с долотом и опорно-центрирующим элементом, забойный двигатель, шарнирную муфту или гибкое звено, связывающее вал забойного двигателя и направляющую штангу, установленный над шарнирной муфтой и связанный со статорной системой двигателя упругий децентратор и расположенный над ним на верхнем конце отклонителя центратор, снабжен расположенным на участке, прилегающем к верхнему торцу упругого децентратора узлом фиксации центратора в нижнем положении и ограничителем перемещения центратора вверх со средством фиксации последнего от проворота в одном из окружных направлений, а центратор свободно установлен между узлом фиксации и ограничителем перемещения и выполнен в виде связанных дугообразными упругими пластинами верхнего кольца и нижнего кольца с прорезями со стороны его наружного торца, причем упругие пластины центратора имеют жесткость, больше жесткости упругих пластин децентратора. To do this, a controlled diverter for directional drilling of wells, including a guide rod with a chisel and support-centering element, a downhole motor, an articulated coupling or a flexible link connecting the downhole motor shaft and a guide rod mounted above the articulated coupling and connected to the stator system of the engine by an elastic decentrator and the centralizer located above it at the upper end of the deflector is equipped with a centralizer fixation unit located in the area adjacent to the upper end of the elastic decentrator to the lower m position and a limiter for moving the centralizer upwards with means of fixing the latter from turning in one of the circumferential directions, and the centralizer is freely installed between the fixing unit and the limiter of movement and is made in the form of an upper ring and a lower ring connected by arcuate elastic plates with slots on the side of its outer end, moreover, the elastic plates of the centralizer have a stiffness greater than the rigidity of the elastic plates of the decentralizer.

Кроме того, управляемый отклонитель снабжен системой измерения параметров положения центратора, связанными с ней средствами передачи информации на поверхность и датчиками, установленными между узлом фиксации и ограничителем перемещения центратора. In addition, the controlled diverter is equipped with a system for measuring the parameters of the position of the centralizer, associated with it means of transmitting information to the surface and sensors installed between the fixation unit and the limiter of movement of the centralizer.

На фиг.1 схематично изображен управляемый отклонитель; на фиг.2 - передвижной центратор управляемого отклонителя. 1 schematically shows a controlled diverter; figure 2 - mobile centralizer controlled diverter.

Управляемый отклонитель содержит направляющую штангу 1 с долотом 2 и опорно-центрирующим элементом 3. Вал 4 забойного двигателя 5 связан с направляющей штангой 1 посредством шарнирной муфты 6 или гибкого звена. Над муфтой 6 установлен упругий децентратор 7, связанный со статорной системой двигателя 5. Передвижной центратор 8 содержит нижнее 9 и верхнее 10 кольца, связанные дугообразными упругими пластинами 11. Кольцо 9 имеет резьбу 12 на внутренней поверхности и продольные прорези 13 со стороны наружного торца, образующие сегментообразные пластины 14. Непосредственно над децентратором 7 размещен узел фиксации центратора 8 в нижнем положении от осевого перемещения, выполненный в виде переводника 15 с наружной резьбой, соответствующей резьбе кольца 9 и имеющей направление витков, совпадающее с направлением вращения вала 4. На верхнем конце отклонителя установлен ограничитель 16 перемещения центратора 8 вверх. Ограничитель 16 связан со статорной системой двигателя 5 и имеет средство фиксации для предотвращения проворота центратора 8 в направлении вращения вала 4, выполненное в виде косых торцевых зубцов 17 для взаимодействия с ответными им косыми торцевыми зубцами 18 на внешнем торце кольца 10. Над двигателем 5 размещена система 19 измерения параметров положения отклонителя в пространстве. Ее нижний 20 и верхний 21 датчики контролируют положение центратора 8. Система 19 и датчики 20 и 21 подключены к каналу (не показан) передачи информации на поверхность. The controlled diverter comprises a guide rod 1 with a chisel 2 and a support-centering element 3. The shaft 4 of the downhole motor 5 is connected to the guide rod 1 by means of an articulated coupling 6 or a flexible link. Above the clutch 6, an elastic decentrator 7 is installed, connected to the stator system of the motor 5. The movable centralizer 8 contains a lower 9 and an upper 10 ring connected by arcuate elastic plates 11. The ring 9 has a thread 12 on the inner surface and longitudinal slots 13 from the side of the outer end, forming segmented plates 14. Directly above the decentralizer 7 is a centralizer fixing unit 8 in the lower position from axial displacement, made in the form of an adapter 15 with an external thread corresponding to the thread of the ring 9 and guide direction coils coincides with the direction of rotation of the shaft 4. At the upper end of the whipstock is set the limiter 16 centralizer 8 move upwards. The limiter 16 is connected with the stator system of the engine 5 and has a fixing means to prevent the centralizer 8 from turning in the direction of rotation of the shaft 4, made in the form of oblique end teeth 17 for interacting with the oblique end teeth 18 responding to them on the outer end of the ring 10. A system is placed above the engine 5 19 measurements of the position of the deflector in space. Its lower 20 and upper 21 sensors monitor the position of the centralizer 8. The system 19 and the sensors 20 and 21 are connected to a channel (not shown) for transmitting information to the surface.

Управляемый отклонитель работает следующим образом. Managed diverter works as follows.

При бурении искривленного участка скважины опорно-центрирующий элемент 3 удерживает долото 2 в центре поперечного сечения ствола скважины, а децентратор 7 смещает верхний конец направляющей штанги 1 с шарнирной муфтой 6 к стенке скважины, противоположной заданному направлению искривления скважины, и удерживает верхний конец направляющей штанги 1 в данном положении в процессе бурения. При этом передвижной центратор 8 находится в верхнем положении 8 ограничителя 16, к которому прижимается осевой составляющей силы трения, возникающей в месте контакта дугообразных упругих пластин 11 со стенками скважины при поступательном движении отклонителя в процессе углубления скважины. Благодаря наличию косых торцовых зубцов 17, ограничивающих поворот передвижного центратора 8 относительно статорной системы забойного двигателя 5 с закрепленным на нем децентратором 7, реактивный момент, направленный на вращение статорной системы забойного двигателя 5 компенсируется моментом сил трения, возникающих в месте контакта упругих пластин 11 центратора 8 со стенками скважины, т.е. в верхнем положении передвижной центратор 8 работает в режиме компенсатора реактивного момента, обеспечивающего повышение точности проводки скважины. When drilling a curved section of the well, the support-centering element 3 holds the bit 2 in the center of the cross section of the wellbore, and the decentrator 7 shifts the upper end of the guide rod 1 with the articulated sleeve 6 to the wall of the well opposite to the specified direction of the curvature of the well, and holds the upper end of the guide rod 1 in this position during the drilling process. In this case, the movable centralizer 8 is in the upper position 8 of the limiter 16, to which the axial component of the friction force is pressed, which arises at the point of contact of the arcuate elastic plates 11 with the walls of the well during the forward movement of the deflector in the process of deepening the well. Due to the presence of oblique end teeth 17 restricting the rotation of the movable centralizer 8 relative to the stator system of the downhole motor 5 with a decentralizer 7 mounted on it, the reactive moment directed to the rotation of the stator system of the downhole motor 5 is compensated by the moment of friction forces arising at the contact point of the elastic plates 11 of the centralizer 8 with borehole walls, i.e. in the upper position, the mobile centralizer 8 operates in a reactive moment compensator mode, which improves the accuracy of the well wiring.

Изменение направления искривления скважины осуществляется путем поворота вправо бурильной колонны 22, связанной через статорную систему забойного двигателя 5 с децентратором 7. При повороте колонны 22 вправо, торцовые зубцы 17 обеспечивают раскрепление ограничителя 16 с центратором 8, что способствует улучшению управляемости отклонителя. Параметры, характеризующие положение отклонителя в пространстве в процессе бурения от системы 19 по каналу связи передаются на поверхность. The change in the direction of the well curvature is carried out by turning the drill string 22 to the right, connected through the stator system of the downhole motor 5 with the decentral 7. When turning the drill string 22 to the right, the end teeth 17 provide the release of the limiter 16 with the centralizer 8, which improves the controllability of the deflector. The parameters characterizing the position of the deflector in space during drilling from the system 19 are transmitted to the surface via a communication channel.

Наращивание инструмента в процессе искривления скважины рекомендуется осуществлять трубами, длина которых меньше расстояния от ограничителя 16 до переводника 15 на величину, большую длины передвижного центратора 8, что предотвращает возможность фиксации последнего в нижнем положении. It is recommended to build up the tool in the process of bending the well with pipes whose length is less than the distance from the limiter 16 to the sub 15 by an amount greater than the length of the movable centralizer 8, which prevents the possibility of fixing the latter in the lower position.

Бурение участков стабилизации производят при зафиксированном в нижнем положении передвижном центраторе 8. Для перевода центратора 8 в нижнее положение инструмент приподнимают от забоя на высоту большую, чем расстояние от ограничителя 16 до переводника 15. При этом пластины 14 отгибаются в пределах упругих деформаций и резьба 12 входит в зацепление с резьбой переводника 15, что обеспечивает фиксацию передвижного центратора 8 в нижнем положении. The stabilization sections are drilled with the movable centralizer 8 fixed in the lower position. To translate the centralizer 8 to the lower position, the tool is raised from the bottom to a height greater than the distance from the limiter 16 to the sub 15. In this case, the plates 14 are unbent within elastic deformations and the thread 12 is included in engagement with the thread of the sub 15, which ensures the fixation of the movable centralizer 8 in the lower position.

Благодаря тому, что упругие пластины 11 центратора 8 существенно более жесткие, чем упругие пластины децентратора 7, при нижнем положении центратора 8 муфта 6 с верхним концом направляющей штанги 1 удерживается в центре поперечного сечения ствола скважины также, как и долото 2 с опорно-центрирующим элементом 3. Due to the fact that the elastic plates 11 of the centralizer 8 are significantly stiffer than the elastic plates of the decentralizer 7, with the lower position of the centralizer 8, the sleeve 6 with the upper end of the guide rod 1 is held in the center of the cross section of the wellbore as well as the bit 2 with the support-centering element 3.

Для перевода центратора 8 в исходное верхнее положение отклонитель приподнимают над забоем на величину, не меньшую расстояния между ограничителем 16 и переводником 15, проворачивают инструмент ротором буровой установки вправо на число оборотов, большее количества витков соединительной резьбы переводника 15 и центратора 8, а после свинчивания центратора 8, спускают отклонитель снова на забой скважины. При этом, благодаря превышению силы трения между стенками скважины и упругими пластинами 11 центратора 8 над силами трения между его кольцами 9 и 10 и элементами 5 и 19 отклонителя, оставаясь неподвижным относительно стенок скважины, передвижной центратор 8 переместится относительно отклонителя вверх до ограничителя 16. To transfer the centralizer 8 to its initial upper position, the deflector is raised above the face by an amount not less than the distance between the limiter 16 and the sub 15, the tool is rotated by the rotor of the drilling rig to the right by the number of revolutions greater than the number of turns of the connecting thread of the sub 15 and the centralizer 8, and after screwing the centralizer 8, the diverter is lowered again to the bottom of the well. Moreover, due to the excess of the friction force between the borehole walls and the elastic plates 11 of the centralizer 8 over the friction forces between its rings 9 and 10 and the diverter elements 5 and 19, while remaining stationary relative to the borehole walls, the mobile centralizer 8 will move upward relative to the diverter to the limiter 16.

Место положения передвижного центратора 8 на отклонителе определяется по показаниям нижнего 20 и верхнего 21 датчиков положения, которые передаются по каналу передачи информации. The position of the mobile centralizer 8 on the deflector is determined by the readings of the lower 20 and upper 21 position sensors, which are transmitted through the information channel.

Поступление последовательных сигналов с датчиков 20 и 21 означает, что центратор 8 находится в нижнем положении, а при последовательности поступления двух последних сигналов с датчиков 20 и 21 означает, что центратор 8 находится в верхнем положении. Если последние два сигнала поступили от одного и того же датчика 20 или 21, то это означает, что центратор 8 находится между этими датчиками. The arrival of serial signals from the sensors 20 and 21 means that the centralizer 8 is in the lower position, and when the sequence of the last two signals from the sensors 20 and 21 means that the centralizer 8 is in the upper position. If the last two signals came from the same sensor 20 or 21, then this means that the centralizer 8 is between these sensors.

Применение управляемого отклонителя с передвижным центратором расширяет его технологические возможности и повышает надежность работы. The use of a controlled diverter with a mobile centralizer expands its technological capabilities and increases the reliability of operation.

Claims (2)

1. УПРАВЛЯЕМЫЙ ОТКЛОНИТЕЛЬ ДЛЯ НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН, включающий направляющую штангу с долотом и опорно-центрирующим элементом, забойный двигатель, шарнирную муфту или гибкое звено, связывающее вал забойного двигателя и направляющую штангу, установленный над шарнирной муфтой и связанный со статорной системой двигателя упругий децентратор и расположенный над ним на верхнем конце отклонителя центратор, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей и повышения надежности, он снабжен расположенным на участке, прилегающем к верхнему торцу упругого децентратора, узлом фиксации центратора в нижнем положении и ограничителем перемещения центратора вверх со средством фиксации последнего от проворота в одном из окружных направлений, а центратор свободно установлен между узлом фиксации и ограничителем перемещения и выполнен в виде связанных дугообразными упругими пластинами верхнего кольца и нижнего кольца с прорезями со стороны его наружного торца, причем упругие пластины центратора имеют жесткость больше жесткости упругих пластин децентратора. 1. DIRECTED DIRECTOR FOR DIRECTED DRILLING OF WELLS, including a guide rod with a chisel and a support-centering element, a downhole motor, an articulated coupling or a flexible link, connecting the downhole motor shaft and a guide rod mounted above the articulated coupling and connected to the stator system a centralizer located above it at the upper end of the deflector, characterized in that, in order to expand technological capabilities and increase reliability, it is equipped with a tissue adjacent to the upper end of the elastic decentralizer, the centralizer fixation unit in the lower position and the centralizer upward stop to fix the latter from turning in one of the circumferential directions, and the centralizer is freely installed between the fixation node and the motion limiter and is made in the form of connected by curved elastic plates the upper ring and the lower ring with slots on the side of its outer end, the elastic plates of the centralizer have a stiffness greater than the rigidity of the elastic plates a radiator. 2. Отклонитель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен системой измерения параметров положения центратора, связанными с ней средствами передачи информации на поверхность и датчиками, установленными между узлом фиксации и ограничителем перемещения центратора. 2. The diverter according to claim 1, characterized in that it is equipped with a system for measuring the parameters of the centralizer, associated with it means of transmitting information to the surface and sensors installed between the fixation unit and the limiter to move the centralizer.

Images