RU2055180C1 - Hydraulic annunciator of deflecting tool position - Google Patents

Abstract

FIELD: drilling equipment. SUBSTANCE: hydraulic annunciator of deflecting tool position consists of tubular body accommodating seat with hole and supporting ring installed with the aid of pin. Annunciator assembly is installed on supporting ring and includes valve body which houses polyhedral cylindrical ring whose upper part is connected with valve which has annular recess and depression for ball. Made on valve end face and on external surface of tubular body are reference marks. Depression in valve, pin and reference marks are located in one plane. EFFECT: higher efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к буровой технике, а именно к техническим средствам направленного бурения скважин. The invention relates to drilling equipment, and in particular to technical means of directional drilling of wells.

Известен сигнализатор положения отклонителя [1] у которого для исключения влияния гидродинамики и абразивного действия бурового раствора эксцентричный груз-двигатель заключен в герметичный корпус, имеет уплотнения и радиально-осевые подшипники, а исполнительный механизм представляет два диска с отверстиями: один закреплен на валу эксцентричного груза, другой установлен неподвижно в корпусе. При установке отклонителя по требуемому направлению основные промывочные отверстия совмещаются, что сопровождается снижением давления в циркуляционной системе на величину реперного давления. Диски имеют возможность углового перемещения друг относительно друга, имеют зазор и работают в пульсирующем потоке бурового раствора, что ведет к заклиниванию дисков за счет попадания шлама в зазор. Кроме того пульсирующий поток, воздействуя на подвижный диск, вызывает его колебания с перекрытием основного канала или за счет выпрямляющего действия потока скоростного напора непрогнозируемое совмещение основных отверстий и ложную выдачу сигнала. A known diverter position indicator [1], in which to exclude the influence of hydrodynamics and the abrasive action of the drilling fluid, the eccentric load motor is enclosed in a sealed housing, has seals and radial-axial bearings, and the actuator has two disks with holes: one is mounted on the shaft of the eccentric load , the other is mounted motionless in the housing. When installing the diverter in the required direction, the main flushing holes are combined, which is accompanied by a decrease in pressure in the circulation system by the value of the reference pressure. Disks have the possibility of angular movement relative to each other, have a gap and work in a pulsating flow of drilling fluid, which leads to jamming of the disks due to the penetration of sludge into the gap. In addition, the pulsating flow, acting on the movable disk, causes its oscillations with the overlapping of the main channel or due to the rectifying action of the flow of high-speed pressure unpredictable combination of the main holes and false signal output.

Известен также гидравлический сигнализатор направленного бурения, принятый за прототип, включающий трубчатый корпус, в котором жестко установлены седло и корпус клапана с отверстиями для промывочной жидкости, подпружиненный клапан с шаром, верхний и нижний переводники [2] в котором исполнительный механизм выполнен в виде тарельчатого клапана, открывающегося при установке отклонителя по требуемому азимуту за счет перетока жидкости из одной герметичной камеры в другую при совмещении отверстий в эксцентричном грузе и в трубном вале. После отключения насосов возврат клапана осуществляют под действием обратного перетока жидкости за счет возврата пружины и выпрямления упругой диафрагмы. Also known is a hydraulic directional drilling warning device adopted for the prototype, which includes a tubular body in which the seat and valve body with holes for flushing fluid are rigidly mounted, a spring-loaded valve with a ball, upper and lower sub [2] in which the actuator is made in the form of a poppet valve opening when installing the deflector in the required azimuth due to the flow of fluid from one sealed chamber to another when combining the holes in the eccentric load and in the pipe shaft. After turning off the pumps, the valve is returned under the action of the reverse fluid flow due to the return of the spring and straightening of the elastic diaphragm.

К недостаткам относятся следующие. Под действием нагpузки на клапан за счет перепада давления и скоростного напора в верхней камере создается давление в несколько десятков и сот атмосфер, что вызывает просачивание жидкости в нижнюю камеру, непредусмотренное открытие клапана и ложную сигнализацию. Кроме того при перекрытии отверстия в трубчатом вале тарельчатый клапан закрыт, что вызывает гидравлический удар. Если установку отклонителя производить без промывки, то не будет учитываться угол закручивания бурильной колонны от реактивного момента отклонителя. The disadvantages include the following. Under the action of the load on the valve due to the pressure drop and the pressure head in the upper chamber, a pressure of several tens and hundreds of atmospheres is created, which causes fluid to leak into the lower chamber, an unexpected opening of the valve and a false alarm. In addition, when the hole in the tubular shaft is closed, the poppet valve is closed, which causes a water hammer. If the deflector is installed without washing, then the angle of rotation of the drill string from the reactive moment of the deflector will not be taken into account.

Цель изобретения повышение надежности работы сигнализатора. The purpose of the invention to improve the reliability of the detector.

Цель достигается тем, что в гидравлическом сигнализаторе, включающем трубчатый корпус, в котором жестко установлены седло и корпус клапана с отверстиями для промывочной жидкости, подпружиненный клапан с шаром, верхний и нижний переводники, в клапане выполнена кольцевая выточка с углублением под шар, образующим с корпусом клапана герметичное пространство, при этом клапан жестко соединяют с многогранным штоком, зафиксированным контргайкой и установленным в корпусе клапана, который фиксируют штифтом, размещенным в зубчатых торцах корпуса клапана и опорного кольца, при этом торцевую поверхность клапана выполняют с реперной меткой и снабжают ручкой, а углубление в клапане, штифт и реперную метку размещают в одной плоскости. The goal is achieved in that in a hydraulic signaling device including a tubular body, in which the seat and valve body with holes for flushing fluid are rigidly mounted, a spring-loaded valve with a ball, upper and lower sub, an annular groove is made in the valve with a recess under the ball forming with the body the valve is a sealed space, while the valve is rigidly connected to a multifaceted rod fixed by a lock nut and installed in the valve body, which is fixed with a pin located in the gear ends of the body the valve and the support ring, wherein the end face of the valve is performed with a reference mark and is provided with a handle, and a recess in the valve pin and a baseline calibration label is placed in one plane.

На фиг.1 изображен сигнализатор, разрез; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1. In Fig.1 shows a signaling device, section; figure 2 section aa in figure 1; figure 3 section BB in figure 1.

Сигнализатор состоит из трубчатого корпуса 1, соединенного резьбой с нижним переводником 2 и через седло 3 с верхним переводником 4. Седло 3 выполнено с отверстием 5, которое служит для заполнения бурильной колонны при спуске. На опорное кольцо 6 с помощью штифта 7 и зубчатого торца 8 (24 паза) избирательно устанавливают основную сборку сигнализатора, который состоит из корпуса клапана 9, многогранного штока 10, прикрепленного в верхней части клапану 11, а в нижней части имеет ограничительные гайку и контргайку 12. Нижняя часть корпуса клапана 11 оформлена как удлиненный центрирующий цилиндр с отверстиями 13 для прохождения бурового раствора. Клапан 11 выполнен с кольцевой проточкой 14 и углублением 15 под шар 16 и образует с торцевой поверхностью корпуса клапана 9 замкнутое кольцевое пространство 17, при этом клапан подпружинен пружиной 18. На наружной поверхности тарельчатого клапана 11 выполнена магнитная метка 19, являющаяся репером азимута скважины, которая вместе с углублением 15 под шар 16, отверстием в седле 3 клапана 11 и штифтом 7 расположена в плоскости действия отклонителя. К тарелке клапана 11 для установки метки 19 относительно плоскости отклонителя, а также для подъема и избирательного стопорения всей клапанной сборки с помощью штифта 7 и пазов (торца 8) крепят ручку 20, которую после установки сборки отворачивают. На наружную поверхность трубчатого корпуса 1 нанесена метка 21 (фиг. 2), а боковая поверхность корпуса клапана 9 выполнена с отверстием 22 для выхода жидкости при движении клапана 11 вниз. The detector consists of a tubular body 1, threaded to the lower sub 2 and through the seat 3 with the upper sub 4. The seat 3 is made with a hole 5, which serves to fill the drill string during descent. On the support ring 6 with the help of a pin 7 and a gear end 8 (24 grooves), the main assembly of the signaling device is selectively installed, which consists of a valve body 9, a polyhedral rod 10 attached to the upper part of the valve 11, and in the lower part has a restrictive nut and a lock nut 12 The lower part of the valve body 11 is designed as an elongated centering cylinder with holes 13 for the passage of drilling fluid. The valve 11 is made with an annular groove 14 and a recess 15 under the ball 16 and forms a closed annular space 17 with the end surface of the valve body 9, while the valve is spring-loaded with a spring 18. A magnetic mark 19 is made on the outer surface of the poppet valve 11, which is the reference point of the well azimuth, which together with the recess 15 under the ball 16, the hole in the seat 3 of the valve 11 and the pin 7 is located in the plane of action of the deflector. A handle 20 is attached to the valve disc 11 for mounting a mark 19 relative to the plane of the deflector, as well as for lifting and selectively locking the entire valve assembly using a pin 7 and grooves (end 8), which is turned off after installation. On the outer surface of the tubular body 1, a mark 21 is applied (Fig. 2), and the side surface of the valve body 9 is made with an opening 22 for fluid outlet when the valve 11 moves down.

Зазоры между седлом 3 с шаром 16 и клапаном 11 регулируют натягом контргайки 12 и регулировочными кольцами, установленными под седло. После сборки сигнализатора наворачивают переводник 4, устройство для ориентирования отклонителя, немагнитные трубы и осуществляют спуск бурильной колонны. Так как сигнализатор одновременно является обратным клапаном, производят долив колонны. Бурильные трубы шаблонируют, а под квадрат устанавливают фильтр. Шар 16 находится в свободном состоянии и устанавливается по азимуту скважины. The gaps between the seat 3 with the ball 16 and the valve 11 regulate the interference of the lock nut 12 and the adjusting rings installed under the seat. After assembling the signaling device, a sub 4 is screwed up, a device for orienting the diverter, non-magnetic pipes and the drill string is lowered. Since the signaling device is simultaneously a check valve, the columns are topped up. Drill pipes are patterned, and a filter is installed under the square. Ball 16 is in a free state and is set in the azimuth of the well.

Сигнализатор работает следующим образом. The signaling device operates as follows.

Перед бурением производят запуск насоса, создают постоянную осевую нагрузку, наблюдают за давлением на манифольде. Буровой раствор под действием перепада давления и скоростного напора давит на тарелку клапана 11, сжимает пружину 18. В том случае, если шар не совпадает с углублением 15, т.е. когда отклонитель не установлен по требуемому азимуту, тарелка клапана опускается на 3-5 мм, что обеспечивает промывку скважины, работу отклонителя и создает реперный перепад давления. Отключают насос и открывают задвижку, тарелка клапана 11 поднимается пружиной 18 и перепадом давления в трубах и затрубном пространстве, шар 16 освобождают, производят поворот бурильной колонны на 15^о и операцию повторяют.Before drilling, the pump is started, a constant axial load is created, pressure on the manifold is monitored. The drilling fluid under the influence of pressure drop and high-pressure head presses on the valve plate 11, compresses the spring 18. In the event that the ball does not coincide with the recess 15, i.e. when the diverter is not installed in the required azimuth, the valve disc is lowered by 3-5 mm, which ensures flushing of the well, the diverter and creates a reference pressure drop. The pump is turned off and the valve is opened, the valve disc 11 is lifted by the spring 18 and the pressure drop in the pipes and the annulus, the ball 16 is released, the drill string is rotated 15 ^° and the operation is repeated.

При установке отклонителя по требуемому азимуту при опускании тарелки клапана 11 шар 16 заходит в углубление 15, что дает возможность открытия клапана с зазором, равным диаметру шара 16 плюс 3-5 мм предварительного зазора. Этот момент передается на поверхность, давление на стояке снижается на величину реперного. Для убедительности операцию с выключением и включением насоса повторяют, производят определение положения отклонителя с помощью устройства для ориентирования. When the deflector is installed in the required azimuth when lowering the valve disc 11, the ball 16 enters the recess 15, which makes it possible to open the valve with a gap equal to the diameter of the ball 16 plus 3-5 mm of the preliminary clearance. This moment is transmitted to the surface, the pressure on the riser decreases by the value of the reference. To be convincing, the operation with turning the pump off and on is repeated, the position of the diverter is determined using the orientation device.

Для увеличения угла в азимуте скважины метки 19 и 21 совмещают, а для уменьшения угла метку 19 располагают напротив (на 180^о) метки 21.To increase the angle in the azimuth of the well, marks 19 and 21 are combined, and to reduce the angle, mark 19 is placed opposite (by 180 ^° ) marks 21.

Если необходима корректировка азимута и угла скважины, определяют азимут установки отклонителя, определяют азимут установки отклонителя, общую проходку за долбление, количество наращиваний. Угол между метками определяют как отношение угла установки на количество наращиваний или при переводе в линейную длину по окружности корпуса
l ( α/n)· (π·D_к/360^о), где l длина дуги между метками, мм;
n количество наращиваний;
α- угол установки отклонителя, град;
D_к наружный диаметр корпуса, мм.If you need to adjust the azimuth and well angle, determine the azimuth of the installation of the diverter, determine the azimuth of the installation of the diverter, the total penetration for drilling, the number of extensions. The angle between the marks is defined as the ratio of the installation angle to the number of extensions or when converted to a linear length around the circumference of the housing
l (α / n) · (π · D _к / 360 ^о ), where l is the length of the arc between the marks, mm;
n number of extensions;
α - installation angle of the diverter, degrees;
D _{to the} outer diameter of the housing, mm

Для уменьшения азимута скважины от метки 21 плоскости отклонителя спpава откладывают длину дуги l, наносят мелом метку, с которой совмещается метка 19, и сборка фиксируется. Для увеличения азимута от метки 21 откладывается длина дуги влево. To reduce the azimuth of the well from the mark 21 of the plane of the deflector of the right, lay the length of the arc l, put a chalk mark, which is combined mark 19, and the assembly is fixed. To increase the azimuth from mark 21, the length of the arc to the left is postponed.

П р и м е р. Для бурения участка набора угла с 10 до 90^о в горизонтальной скважине на глубине 3000-3200 м на Возейском нефтяном месторождении с сохранением азимута осуществляют сборку компоновки нижней части бурильной колонны состава: 214 мм долото, винтовой отклонитель ВО-195, на него навинчивают переводник 2 с корпусом 1 диаметром 185 мм и опорным кольцом 6. Собирают сборку, состоящую из корпуса клапана 9, с зубчатым нижним торцом 8, подпружиненным клапаном 11, и с шаром 16, размещенным во внутренней выточке и закрепленным к штоку 10. Сборку на ручке 20 опускают в корпус 1, метку 19 совмещают с меткой отклонителя и фиксируют неподвижно с помощью зубчатого торца 8 и штифта 7. В корпус устанавливают седло клапана 3 в положении наклона корпуса, не совпадающем с плоскостью отклонителя, давят на ручку 20 и определяют зазор между седлом и клапаном, который должен быть 3-5 мм. Этому зазору при прокачке растворов в количестве 30 л/с соответствует перепад давления жидкости, равный 50-70 атм. При наклоне устройства в плоскости действия отклонителя при нажатии на ручку зазор между седлом и клапаном должен быть равен диаметру шара плюс 3-5 мм, то есть положение, в котором шар 16 устанавливается в углубление. Таким образом производят сборку, контрольную проверку и установку устройства. Отворачивают ручку 20, наворачивают переводник 4, а над ним на период испытаний присоединяют устройство для ориентирования отклонителя и секцию немагнитных бурильных труб. При спуске колонны под действием перепада давления клапан 11 закрывает седло 3, а для заполнения жидкостью колонны и уменьшения эффекта поршневая жидкость перетекает через отверстие 5 в надклапанную полость. После спуска колонны наворачивают квадрат, запускают насос, винтовой отклонитель и создают необходимую нагрузку на долото, наблюдают за давлением в манифольде на манометре. При несовпадении углубления 15 с шаром 16, который под действием веса и благодаря наклону устанавливается на 180^о против азимута скважины, клапан открыт с зазором 3-5 мм, что сигнализирует на поверхность величиной давления, равной 170 атм, где 110-120 атм гидравлические сопротивления в скважине. Отключают насос и открывают задвижку, расхаживают и поворачивают бурильную колонну на 15^о и снова запускают насос. Операцию повторяют до тех пор, пока углубление в клапане не совпадает с шаром с образованием зазора 23-25 мм, что сопровождается падением давления на 50-60 атм до 120 мм на манометре, что сигнализирует об установке отклонителя по требуемому азимуту и возможности углубления скважины. Для проверки положения допускают контрольное визирование отклонителя в устройстве для ориентирования. Для контроля положения ствола после 25-50 м проходки производят замеры инклинометрии в немагнитных трубах.PRI me R. To drill the angle set section from 10 to 90 ^° in a horizontal well at a depth of 3000-3200 m at the Vozeyskoye oil field while maintaining azimuth, the assembly of the lower part of the drill string with the composition is carried out: 214 mm drill bit, screw diverter BO-195, an adapter 2 is screwed onto it with a housing 1 with a diameter of 185 mm and a support ring 6. Assemble an assembly consisting of a valve body 9, with a toothed lower end 8, a spring-loaded valve 11, and with a ball 16 located in the inner recess and secured to the stem 10. The assembly on the handle 20 is omitted in the corpus 1, the label 19 is aligned with the diverter label and fixed motionless with the help of the gear end 8 and the pin 7. The valve seat 3 is installed in the housing in the inclined position of the housing, which does not coincide with the diverter plane, they are pressed on the handle 20 and the gap between the seat and the valve is determined, which should be 3-5 mm. This gap when pumping solutions in an amount of 30 l / s corresponds to a pressure drop of 50–70 atm. When the device is tilted in the plane of the deflector when the handle is pressed, the gap between the seat and the valve should be equal to the diameter of the ball plus 3-5 mm, that is, the position in which the ball 16 is installed in the recess. Thus, the assembly, verification and installation of the device are carried out. The handle 20 is turned off, the sub 4 is screwed on, and a device for orienting the diverter and a section of non-magnetic drill pipes are connected above it for the test period. When the column is lowered under the influence of a differential pressure, the valve 11 closes the seat 3, and to fill the column with liquid and reduce the effect, the piston liquid flows through the hole 5 into the supravalve cavity. After the descent of the column, they screw up a square, start the pump, the screw diverter and create the necessary load on the bit, observe the pressure in the manifold on the manometer. When noncoincidence recess 15 with ball 16, which under the weight, and due to the inclination is set to ^about 180 against the borehole azimuth, the valve is open with a gap of 3-5 mm, which value indicates the surface pressure of 170 atm, where the hydraulic resistance of 110-120 atm in the well. They turn off the pump and open the valve, walk around and turn the drill string 15 ^° and start the pump again. The operation is repeated until the recess in the valve coincides with the ball with the formation of a gap of 23-25 mm, which is accompanied by a pressure drop of 50-60 atm to 120 mm on the manometer, which signals the installation of the deflector in the required azimuth and the possibility of deepening the well. To check the position allow control sight of the diverter in the device for orientation. To control the position of the trunk after 25-50 m penetration, inclinometry in non-magnetic pipes is measured.

Благодаря повышению надежности работы сигнализатора обеспечивают возможность его использования, что позволяет по сравнению с базовой технологией ориентирования отклонителя, включающей спуск инклинометра в устройство, определение положения отклонителя и ствола скважины в немагнитных трубах, следующее: исключить спуск и подъем инклинометра, ориентирование; повысить точность установки отклонителя за счет учета угла закручивания бурильной колонны; сократить затраты времени и средств на ориентирование, дежурство инклинометрических партий. Due to the increased reliability of the operation of the signaling device, it is possible to use it, which allows, as compared with the basic technology for orienting the diverter, including the descent of the inclinometer into the device, determining the position of the diverter and the borehole in non-magnetic pipes, the following: to exclude the descent and rise of the inclinometer, orientation; to increase the accuracy of the installation of the diverter by taking into account the angle of rotation of the drill string; to reduce the time and money spent on orientation, the duty of inclinometric parties.

Использование сигнализатора особенно актуально на глубинах свыше 1000 м для горизонтальных скважин, где при углах более 60^о необходима принудительная подача приборов, большой объем работ по ориентированию отклонителя и увеличение длины участка из-за сложности учета угла закручивания. При надежной работе сигнализатора ограничивается использование навигационных телеметрических систем.The use of the signaling device is especially important at depths over 1000 m for horizontal wells, where at angles of more than 60 ° there is ^a need for forced supply of devices, a large amount of work to orient the diverter and increase the length of the section due to the difficulty of taking into account the twist angle. With reliable operation of the detector, the use of navigation telemetry systems is limited.

Claims (1)

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СИГНАЛИЗАТОР ПОЛОЖЕНИЯ ОТКЛОНИТЕЛЯ, включающий трубчатый корпус, в котором жестко установлены седло и корпус клапана с отверстиями для промывочной жидкости, подпружиненный клапан с шаром, верхний и нижний переводники, отличающийся тем, что он снабжен многогранным штоком, контргайкой и опорным кольцом, а корпус клапана выполнен с зубчатыми нижними торцами и зафиксирован штифтом, размещенным в зубчатых торцах корпуса клапана и опорного кольца, при этом клапан выполнен с кольцевой выточкой с углублением под шар, образующей с корпусом клапана герметичное пространство, и жестко соединен с многогранным штоком, который установлен в корпусе клапана и зафиксирован контргайкой, а на торцевой поверхности клапана и на наружной поверхности трубчатого корпуса нанесены реперные метки, причем углубление в клапане и штифт в реперные метки установлены в одной плоскости. HYDRAULIC DISPOSAL POSITION SIGNALING SYSTEM, comprising a tubular body, in which a seat and valve body with flushing holes are rigidly mounted, a spring-loaded valve with a ball, upper and lower sub, characterized in that it is equipped with a multi-sided stem, a lock nut and a support ring, and a valve body made with serrated lower ends and fixed with a pin located in the serrated ends of the valve body and the support ring, while the valve is made with an annular recess with a recess under the ball, forming there is an airtight space with the valve body and is rigidly connected to the multifaceted rod, which is installed in the valve body and fixed with a lock nut, and reference marks are applied on the valve end surface and on the outer surface of the tubular body, and the recess in the valve and the pin in the reference marks are installed in the same plane .

Images