RU2681053C1 - Drilling device control system for the hard-to-reach hydrocarbon reserves development - Google Patents

Abstract

FIELD: soil or rocks drilling.SUBSTANCE: invention relates to the drilling equipment and can be used during the wells drilling, namely directional wells with a long horizontal section, in particular, for the hard-to-reach hydrocarbon reserves development. Drilling device control system includes having the axis housing, located in the housing with possibility of rotation shaft, consisting of connected by the hinge the drive and the driven shafts, on the driven shaft the radial-thrust bearing is installed with possibility of keeping its collinear with the housing axis, an actuating member and the mechanism movement installed with possibility of the shaft deviation from the housing axis. System is additionally equipped with rigidly connected to the housing centralizer, placed in the housing electronic module with the electric circuit and rotating contact device, connected to the electronic module through the electric circuit. Shaft is equipped with the second hinge, between the drive and the driven shafts forming the intermediate shaft. Hinges are operating in the oil bath. Driven shaft is equipped with mounted near the housing end face the second radial-thrust bearing. Actuating member contains three wedges and three inductive displacement sensors, the actuating member movement mechanism is made in the form of three electric motors with located at an angle of 120 degrees relative to each other planetary gears. To each electric motor corresponds a wedge, mounted with possibility of movement in both directions with the provision of shaft deviation from the housing axis. On each wedge an inductive displacement sensor is installed.EFFECT: enabling increase in the drilling device control system reliability, increase in the bit positioning accuracy for the well conducting along the predetermined path.1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при бурении скважин, а именно наклонно-направленных скважин с протяженным горизонтальным участком, в частности, для разработки труднодоступных запасов углеводородов.The invention relates to drilling equipment and can be used when drilling wells, namely directional wells with an extended horizontal section, in particular, for the development of inaccessible hydrocarbon reserves.

Известно устройство управления направленным бурением наклонных скважин, включающее забойный двигатель, соединенный шарнирным соединением с долотом, пульт управления буровой установки и связанный с ним скважинный блок для создания осевого отклонения. Скважинный блок для создания осевого отклонения снабжен последовательно соединенными автономной системой передачи информации, формирователем импульсов управления и тиристорным блоком и установленным на валу долота электрогенератором, индуктор которого с постоянными магнитами расположен на валу между долотом и шарнирным соединением, а каждый полюс обмотки якоря соединен со встречно включенными тиристорами тиристорного блока, управляемые входы которых соединены с выходом формирователя импульсов управления, а каждый полюс якоря электрогенератора имеет две взаимно перпендикулярные обмотки, при этом вход автономной системы передачи информации соединен с выходом пульта управления буровой установки (патент РФ №2123108 от 10.12.1998).A control device for directional drilling of deviated wells, including a downhole motor connected by a swivel with a bit, the control panel of the drilling rig and the associated borehole unit to create axial deviation. The borehole block for creating axial deviation is equipped with a serially connected autonomous information transmission system, a control pulse shaper and a thyristor block and an electric generator mounted on the shaft of the bit, the inductor of which with permanent magnets is located on the shaft between the bit and the hinge, and each pole of the armature winding is connected to the opposite thyristors of the thyristor unit, the controlled inputs of which are connected to the output of the control pulse shaper, and each pole of the armature The generator has two mutually perpendicular windings, while the input of the autonomous information transmission system is connected to the output of the control panel of the drilling rig (RF patent No. 2123108 of 12/10/1998).

Недостатком известного устройства является низкая точность позиционирования долота, которая обусловлена регулированием угла отклонения только в двух взаимно перпендикулярных направлениях и постоянством величины радиальной отклоняющей силы на вал устройства.A disadvantage of the known device is the low accuracy of the positioning of the bit, which is due to the regulation of the angle of deviation in only two mutually perpendicular directions and the constancy of the radial deflecting force on the shaft of the device.

Известно устройство для гидромеханического управления направленным роторным бурением, которое содержит трубчатый корпус, толкатель, трубчатый вал, камеру давления, направляемые штифты, поршень с направляющей дорожкой, имеющей первую, вторую и третью взаимосвязанные направляющие части для зацепления направляемых штифтов, первое смещающее средство, перемещающее поршень, муфту, жестко установленные на муфте кулачки, неподвижно смонтированные в трубчатом корпусе пазы для зацепления с кулачками, второе смещающее средство для перемещения муфты с кулачками в положение зацепления, в котором кулачки и пазы зацепляются друг за друга, кулачки и пазы выполнены с возможностью отсоединения друг от друга, нижняя часть трубчатого корпуса выполнена с искривленной частью, трубчатый вал установлен с возможностью осевого движения внутри трубчатого корпуса и состоит из последовательно герметично соединенных долотного вала, нижнего вала, поршневого вала и верхнего вала. Долотный вал соединен с нижним валом посредством шарнирного соединения. Нижний вал соединен с поршневым валом посредством нижнего шлицевого соединения. Поршневой вал выполняет роль поршня и соединен с верхним валом посредством верхнего шлицевого соединения. Между искривленной частью трубчатого корпуса и долотным валом установлена шаровая опора с возможностью осевого перемещения вместе с долотным валом относительно искривленной части трубчатого корпуса. В шарнирном соединении долотного вала с нижним валом установлен механизм индикации. В корпусе с осевой подвижностью установлен плунжер, образуя с корпусом камеру давления, соединяющуюся с управляемым толкателем (патент РФ №2612403 от 09.03.2017).A device is known for hydromechanical control of directional rotary drilling, which comprises a tubular body, a pusher, a tubular shaft, a pressure chamber, guided pins, a piston with a guide track having first, second and third interconnected guide parts for engaging guided pins, a first biasing means moving the piston , clutch, cams rigidly mounted on the clutch, fixed grooves for engaging with cams in the tubular body, second biasing means for moving couplings with cams in the engaging position, in which the cams and grooves mesh with each other, the cams and grooves are detachable from each other, the lower part of the tubular body is made with a curved part, the tubular shaft is mounted with the possibility of axial movement inside the tubular body and consists of sequentially hermetically connected bit shaft, lower shaft, piston shaft and upper shaft. The bit shaft is connected to the lower shaft by means of a swivel joint. The lower shaft is connected to the piston shaft by a lower spline connection. The piston shaft acts as a piston and is connected to the upper shaft by means of an upper splined joint. A spherical bearing is mounted between the curved part of the tubular body and the bit shaft with the possibility of axial movement together with the bit shaft relative to the curved part of the tubular body. An indication mechanism is mounted in the articulation of the bit shaft with the lower shaft. A plunger is installed in the housing with axial mobility, forming a pressure chamber with the housing, connecting to a controlled pusher (RF patent No. 2612403 dated 03/09/2017).

Недостатками известного устройства являются необходимость прекращения циркуляции промывочной жидкости в скважине для смены режима работы устройства и слабая индикация режима работы устройства.The disadvantages of the known device are the need to stop the circulation of flushing fluid in the well to change the operating mode of the device and poor indication of the operating mode of the device.

Известна роторная управляемая система со скользящей муфтой для бурения скважин. Приводной компонент внутри скользящей переходной муфты бурового инструмента, находящийся во вращательном отношении с отклоняющей оправкой, расположенной с возможностью поворота внутри скользящей переходной муфты инструмента и несущей буровое долото. Генерируют управляющие сигналы направления, в соответствии с которыми гидравлически позиционируют отклоняющую оправку относительно ее шарнирной опоры во время приводного вращения отклоняющей оправки с помощью вращательного приводного компонента для поддержания оси отклоняющей оправки в существенной степени геостационарно и под предварительно определенными углами наклона и азимута. Скользящую переходную муфту инструмента перемещают со скольжением в соприкосновении со стенками ствола скважины во время бурения, предотвращая ее вращение (патент США №6158529 от 11.12.1998).Known rotary controlled system with a sliding sleeve for drilling wells. The drive component inside the sliding adapter sleeve of the drilling tool, which is in rotational relation with a deflecting mandrel, which is rotatably located inside the sliding adapter sleeve of the tool and carrying the drill bit. Directional control signals are generated in accordance with which the deflecting mandrel is hydraulically positioned relative to its hinge support during the drive rotation of the deflecting mandrel using a rotary drive component to maintain the axis of the deflecting mandrel substantially geostationary and at predetermined angles and azimuths. The sliding adapter sleeve of the tool is moved with sliding in contact with the walls of the wellbore during drilling, preventing its rotation (US patent No. 6158529 from 12/12/1998).

Недостатком известного устройства является ее сложность, что объясняется наличием гидравлической системы позиционирования вала долота посредством сервоуправляемых поршней, что снижает надежность системы в целом.A disadvantage of the known device is its complexity, which is explained by the presence of a hydraulic positioning system for the shaft of the bit by means of servo-controlled pistons, which reduces the reliability of the system as a whole.

Известна система контроля направления вращательной управляемой буровой компоновки с использованием каналов с переменным потоком флюида. Система для контроля направления буровой компоновки в скважине содержит корпус и канал переменного потока флюида. Управляемый флюидом механизм привода находится в гидравлическом соединении с каналом переменного потока флюида. Дополнительно, отклоняющий сердечник может быть подсоединен к выходу управляемого флюидом механизма привода. Отклоняющий сердечник может независимо вращаться относительно корпуса. В определенных вариантах осуществления, система может также включать в себя вал долота, подвижно соединенный с корпусом. Вал долота может быть соединен эксцентричной приемной частью отклоняющего сердечника, и корпус может быть выполнен с возможностью передавать крутящий момент на вал долота. Вал долота может быть соединен с буровым долотом, и крутящий момент, переданный корпусом на вал долота, может приводить в движение буровое долото. Управляемый флюидом механизм привода вращает отклоняющий сердечник в противоположном направлении по отношению к корпусу, что поддерживает угловую ориентацию отклоняющего сердечника, вала долота и бурового долота по отношению к окружающей формации во время буровых операций. Скорость вращения отклоняющего сердечника в противоположном направлении может изменяться путем управления скоростью управляемого флюидом механизма привода. Скорость управляемого флюидом механизма привода управляется путем изменения потока бурового флюида в канале переменного потока флюида, с которым управляемый флюидом механизм привода находится в гидравлическом соединении (патент КНР 104812987 (А) от 26.06.2014).A known system for controlling the direction of a rotary controlled drilling assembly using channels with a variable fluid flow. A system for controlling the direction of a drilling assembly in a well comprises a housing and a variable fluid flow channel. The fluid-driven drive mechanism is in fluid communication with a variable fluid channel. Additionally, the deflecting core may be connected to the output of the fluid-driven drive mechanism. The deflecting core can independently rotate relative to the housing. In certain embodiments, the system may also include a bit shaft movably connected to the housing. The shaft of the bit can be connected by the eccentric receiving part of the deflecting core, and the housing can be configured to transmit torque to the shaft of the bit. The bit shaft may be connected to the drill bit, and the torque transmitted by the housing to the bit shaft may drive the drill bit. The fluid-driven drive mechanism rotates the deflecting core in the opposite direction with respect to the housing, which maintains the angular orientation of the deflecting core, bit shaft and drill bit with respect to the surrounding formation during drilling operations. The rotation speed of the deflecting core in the opposite direction can be varied by controlling the speed of the fluid-driven drive mechanism. The speed of the fluid-driven drive mechanism is controlled by changing the flow of the drilling fluid in the variable fluid flow channel with which the fluid-driven drive mechanism is in fluid communication (PRC patent 104812987 (A) dated 06/26/2014).

Недостатком известного устройства является сложная система каналов для протекания потока бурового промывочного раствор. Часть каналов имеет достаточно малый проходной диаметр, что приводит к возникновению большого перепада давления на устройстве, ускоренному абразивному износу каналов. Также высок риск засорения данных каналов.A disadvantage of the known device is a complex system of channels for the flow of drilling mud. Part of the channels has a sufficiently small bore diameter, which leads to a large pressure drop across the device, accelerated abrasive wear of the channels. There is also a high risk of clogging of these channels.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является система наклонно-направленного бурения, содержащая корпус, размещенный в корпусе вал, состоящий из ведущего и ведомого валов, соединенных с помощью шарнира, на ведомом валу установлен радиально-упорный подшипник с возможностью поддержания его коллинеарным с осью корпуса. Система снабжена исполнительным органом, размещенным в корпусе, включающий механизм перемещения, клин-отклонитель и датчик перемещения. Механизм перемещения содержит насос, регулирующий клапан, поршень и цилиндр. Механизм перемещения установлен с возможностью перемещения клина-отклонителя в обе стороны с обеспечением отклонения вала от оси корпуса (патент РФ №2603148 от 20.11.2016 г.). Данная система принята за прототип.The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a directional drilling system comprising a housing, a shaft located in the housing, consisting of drive and driven shafts connected by a hinge, an angular contact bearing mounted on the driven shaft to be supported its collinear with the axis of the body. The system is equipped with an executive body located in the housing, including a movement mechanism, a wedge diverter and a displacement sensor. The movement mechanism comprises a pump, a control valve, a piston and a cylinder. The moving mechanism is installed with the possibility of moving the wedge-deflector in both directions with the deviation of the shaft from the axis of the housing (RF patent No. 2603148 of 11/20/2016). This system is adopted as a prototype.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: корпус, имеющий ось; размещенный в корпусе с возможностью вращения вал, состоящий из ведущего и ведомого валов, соединенных с помощью шарнира; на ведомом валу установлен радиально-упорный подшипник с возможностью поддержания его коллинеарным с осью корпуса; исполнительный орган и механизм перемещения, установленные с возможностью обеспечения отклонения вала от оси корпуса.Signs of the prototype, coinciding with the essential features of the claimed invention: a housing having an axis; a shaft located in the housing rotatably, consisting of a drive shaft and a drive shaft, connected by a hinge; an angular contact bearing is mounted on the driven shaft with the possibility of maintaining it collinear with the axis of the housing; an actuator and a displacement mechanism, installed with the possibility of deflecting the shaft from the axis of the housing.

Недостатком известной системы наклонно-направленного бурения, принятой за прототип, является отсутствие радиального подшипника на ведомом валу, которое приводит к восприятию нагрузки в процессе бурения ступенчатыми клиньями и их повышенному износу, вследствие этого происходит снижение точности позиционирования долота и быстрый выход из строя элемента повышенной ответственности. Кроме того, отсутствие указанного подшипника ведет к нагрузке на шарнир и повышенному износу его уплотнений, что также снижает надежность известной системы. Недостатком также является наличие одного шарнира на валу долота, что приводит к смещению оси долота в торце относительно устройства, что в свою очередь приводит к повышенной нагрузке на торцевые уплотнения, а также на боковую стенку долота.A disadvantage of the known directional drilling system, adopted as a prototype, is the lack of a radial bearing on the driven shaft, which leads to the perception of the load in the process of drilling with stepped wedges and their increased wear, as a result of which there is a decrease in the accuracy of positioning the bit and the quick failure of the element of increased responsibility . In addition, the absence of the specified bearing leads to a load on the hinge and increased wear of its seals, which also reduces the reliability of the known system. The disadvantage is the presence of one hinge on the shaft of the bit, which leads to a displacement of the axis of the bit in the end relative to the device, which in turn leads to an increased load on the mechanical seals, as well as on the side wall of the bit.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности системы управления буровым устройством, повышение точности позиционирования долота для проведения скважины по заданной траектории.The objective of the invention is to increase the reliability of the control system of the drilling device, to improve the accuracy of positioning the bit for holding the well along a predetermined path.

Поставленная задача была решена за счет того, что известная система управления буровым устройством (СУБУ), включающая корпус, имеющий ось, размещенный в корпусе с возможностью вращения вал, состоящий из ведущего и ведомого валов, соединенных с помощью шарнира, на ведомом валу установлен радиально-упорный подшипник с возможностью поддержания его коллинеарным с осью корпуса, исполнительный орган и механизм перемещения, установленные с возможностью обеспечения отклонения вала от оси корпуса, согласно изобретению дополнительно снабжена центратором, жестко соединенным с корпусом, размещенными в корпусе электронным модулем с электрической цепью и вращающимся контактным устройством, соединенным с электронным модулем через электрическую цепь, при этом вал снабжен вторым шарниром, образуя промежуточный вал между ведущим и ведомым валами, причем использованы шарниры, работающие в масляной ванне, ведомый вал снабжен вторым радиально-упорным подшипником, установленным вблизи торца корпуса, исполнительный орган содержит три клина и три индуктивных датчика перемещения, механизм перемещения исполнительного органа выполнен в виде трех электрических двигателей с планетарными редукторами, расположенных под углом 120 градусов друг относительно друга, при этом каждому электрическому двигателю соответствует клин, установленный с возможностью перемещения в обе стороны с обеспечением отклонения вала от оси корпуса, и на каждом клине установлен индуктивный датчик перемещения.The problem was solved due to the fact that the well-known control system of the drilling device (SBU), comprising a housing having an axis placed in the housing with the possibility of rotation of the shaft, consisting of drive and driven shafts connected by a hinge, installed on the driven shaft radially the thrust bearing with the possibility of supporting it collinear with the axis of the housing, an actuator and a displacement mechanism installed with the possibility of deflecting the shaft from the axis of the housing, according to the invention is further provided with a chain a stator connected rigidly to the housing, an electronic module with an electrical circuit and a rotating contact device connected to the electronic module through the electrical circuit, housed in the housing, the shaft being provided with a second hinge forming an intermediate shaft between the drive and driven shafts, hinges operating in oil bath, the driven shaft is equipped with a second angular contact bearing mounted near the end of the housing, the actuator contains three wedges and three inductive displacement sensors, a mechanical m of movement of the actuator is made in the form of three electric motors with planetary gearboxes located at an angle of 120 degrees relative to each other, with each electric motor corresponding to a wedge installed with the ability to move in both directions to ensure the shaft deviates from the axis of the housing, and on each wedge an inductive displacement sensor is installed.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа, - центратор, жестко соединенный с корпусом; размещенные в корпусе электронный модуль с электрической цепью и вращающееся контактное устройство, соединенное с электронным модулем через электрическую цепь; вал снабжен вторым шарниром, образуя промежуточный вал между ведущим и ведомым валами; использованы шарниры для соединения валов, работающие в масляной ванне; ведомый вал снабжен вторым радиально-упорным подшипником, установленным вблизи торца корпуса; исполнительный орган содержит три клина и три индуктивных датчика перемещения; механизм перемещения исполнительного органа выполнен в виде трех электрических двигателей с планетарными редукторами, расположенных под углом 120 градусов друг относительно друга; каждому электрическому двигателю соответствует клин, установленный с возможностью перемещения в обе стороны с обеспечением отклонения вала от оси корпуса, и на каждом клине установлен индуктивный датчик перемещения.Signs of the proposed technical solution, distinctive from the prototype, a centralizer, rigidly connected to the housing; placed in the housing an electronic module with an electric circuit and a rotating contact device connected to the electronic module through an electric circuit; the shaft is provided with a second hinge, forming an intermediate shaft between the drive and driven shafts; hinges used to connect shafts working in an oil bath; the driven shaft is equipped with a second angular contact bearing mounted near the end of the housing; the executive body contains three wedges and three inductive displacement sensors; the actuator moving mechanism is made in the form of three electric motors with planetary gears located at an angle of 120 degrees relative to each other; each electric motor corresponds to a wedge installed with the possibility of movement in both directions to ensure the shaft deviates from the axis of the housing, and an inductive displacement sensor is installed on each wedge.

Наличие в конструкции системы двух шарниров на валу, работающих в масляной ванне, и установка на ведомом валу радиально-упорного подшипника вблизи торца корпуса позволяют предотвратить отклонение вала вблизи торца системы, снизить нагрузки на шарниры, возникающие в процессе бурения. В результате увеличивается срок службы уплотнений и повышается надежность системы управления буровым устройством.The presence in the system design of two hinges on the shaft, operating in an oil bath, and the installation of an angular contact bearing on the driven shaft near the end of the housing prevent the shaft from deflecting near the end of the system and reduce the load on the hinges that arise during drilling. As a result, the service life of the seals increases and the reliability of the control system of the drilling device increases.

Благодаря исполнительному органу, содержащему три электрических двигателя, расположенных под углом 120 градусов друг относительно друга, при этом каждому двигателю соответствует клин с установленным на нем индуктивным датчиком перемещения, обеспечивается более точное позиционирование долота, которое в свою очередь исключает боковое давление на режущую стенку долота.Thanks to the executive body, which contains three electric motors located at an angle of 120 degrees relative to each other, while each motor corresponds to a wedge with an inductive displacement sensor installed on it, more precise positioning of the bit is ensured, which in turn eliminates lateral pressure on the cutting wall of the bit.

Электронный модуль задает алгоритм работы исполнительного органа и управление электрическими двигателями, исключающее их перегрузку и заклинку.The electronic module sets the algorithm of the executive body and the control of electric motors, eliminating their overload and spell.

Центратор обеспечивает удержание корпуса СУБУ от проворота в процессе бурения ствола скважины.The centralizer ensures the retention of the casing of the SUBU from turning during the drilling of the wellbore.

Вращающееся контактное устройство обеспечивает коммутацию цепи, передачу электрических сигналов управления с вращающегося вала на не вращающейся электронный модуль с электрической цепью.A rotating contact device provides circuit switching, transmission of electrical control signals from a rotating shaft to a non-rotating electronic module with an electric circuit.

Отличительные признаки в совокупности с известными позволят достичь заявленный технический результат: повышение надежности системы управления буровым устройством, повышение точности позиционирования долота для проведения скважины по заданной траектории.Distinctive features in combination with the known ones will achieve the claimed technical result: improving the reliability of the control system of the drilling device, improving the accuracy of positioning the bit for holding the well along a predetermined path.

Заявителю неизвестно использование в науке и технике отличительных признаков системы управления буровым устройством с получением указанного технического результата.The applicant is not aware of the use in science and technology of the distinctive features of the control system of the drilling device to obtain the specified technical result.

Предлагаемая система управления буровым устройством иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 -4. На фиг. 1 представлен разрез СУБУ. На фиг. 2 показано сечение А-А системы. На фиг. 3 показано сечение Б-Б системы. На фиг. 4 показано сечение В-В системы.The proposed drilling device control system is illustrated by the drawings shown in FIG. fourteen. In FIG. 1 shows a section of the SBU. In FIG. 2 shows a section AA system. In FIG. 3 shows a section of a BB system. In FIG. 4 shows a cross-section BB system.

Не вращающаяся оболочка СУБУ (фиг. 1) состоит из корпуса 1, в котором размещены подшипники 2-5 для опоры вращающегося вала. На корпусе 1 посредством винтов 6 закреплен центратор 7 (фиг. 2). В корпус 1 ввернуты пробки 8 для заправки внутреннего объема трансмиссионным маслом.The non-rotating casing of the SBU (Fig. 1) consists of a housing 1, in which bearings 2-5 are placed to support the rotating shaft. The centralizer 7 is fixed to the housing 1 by means of screws 6 (Fig. 2). Plugs 8 are screwed into the housing 1 for refueling the internal volume with gear oil.

Внутри корпуса 1 размещены вал, состоящий из промежуточного вала 9, ведущего вала 10 и ведомого вала 11, три привода в сборе 12-14 (фиг. 3), расположенных под углом 120 градусов друг относительно друга, для перемещения трех клиньев 15-17 (фиг. 4), сферическая опора 18 с радиально-упорными подшипниками 5 для вращающегося ведомого вала 11, электронный модуль 19 с электрической цепью 20 для управления электродвигателями приводов 12-14, вращающееся контактное устройство 21 для передачи электрических сигналов управления с вращающегося ведущего вала 10 на не вращающийся электронный модуль 11 и трансмиссионным маслом внутри корпуса 1. Вращающийся промежуточный вал 9 через шариковый шарнир 22 соединен с ведущим валом 10, и через шариковый шарнир 23 - с ведомым валом 11. Шариковые шарниры по конструкции являются шарнирами равных угловых скоростей, внутри которых располагаются шарики 24 и 25, через которые передается вращающий момент между валами. Шарниры работают в масляной ванне. Ведущий вал 10 установлен в корпусе 1 на радиально-упорных подшипниках 2 и 3. Герметичность соединений обеспечивается специальными уплотнениями 26. Буровой раствор через СУБУ проходит по внутреннему каналу ведущего вала 10, промежуточного вала 9, и ведомого вала 11.Inside the housing 1 there is a shaft consisting of an intermediate shaft 9, a drive shaft 10 and a driven shaft 11, three drives assembly 12-14 (Fig. 3) located at an angle of 120 degrees relative to each other, to move the three wedges 15-17 ( Fig. 4), a spherical bearing 18 with angular contact bearings 5 for a rotating driven shaft 11, an electronic module 19 with an electrical circuit 20 for controlling the electric motors of the drives 12-14, a rotating contact device 21 for transmitting electrical control signals from the rotating driving shaft 10 to not rotating the electronic module 11 and the transmission oil inside the housing 1. The rotating intermediate shaft 9 is connected through a ball joint 22 to the drive shaft 10, and through a ball joint 23 to the driven shaft 11. The ball joints are by design ball joints of equal angular velocities inside which the balls are located 24 and 25, through which torque is transmitted between the shafts. Hinges work in an oil bath. The drive shaft 10 is installed in the housing 1 on angular contact bearings 2 and 3. The tightness of the joints is ensured by special seals 26. The drilling fluid passes through the SBU through the internal channel of the drive shaft 10, the intermediate shaft 9, and the driven shaft 11.

Привод в сборе 12-14 состоит из электрического двигателя, планетарного редуктора и индуктивного датчика перемещения 27-29 (фиг. 3). Электродвигатель с редуктором размещены внутри герметичного корпуса. Выходной вал планетарного редуктора находится в зацеплении с винтом 30. Винт 30 шипом сцеплен с пазом клина 15-17. При вращении выходного вала планетарного редуктора винт 30 с клином 15-17 перемещаются от минус 30 до плюс 30 мм от среднего положения. На корпус привода 12-14 через планку крепится индуктивный датчик перемещения 27-29, выдвижной шток которого соединен через кронштейн с винтом 30 привода. Три привода в сборе 12-14 удерживаются в корпусе фиксаторами.The drive assembly 12-14 consists of an electric motor, a planetary gear and an inductive displacement sensor 27-29 (Fig. 3). An electric motor with a gearbox is placed inside a sealed enclosure. The output shaft of the planetary gear is meshed with the screw 30. The screw 30 is spiked with a wedge groove 15-17. When the output shaft of the planetary gearbox rotates, a screw 30 with a wedge 15-17 moves from minus 30 to plus 30 mm from the middle position. An inductive displacement sensor 27-29 is attached to the drive housing 12-14 through the bar, the sliding rod of which is connected through the bracket to the drive screw 30. The three actuators assembly 12-14 are held in place by retainers.

Клинья 15-17 взаимодействуют с подклинком 31, в который входит ведомый вал 11. Радиально-упорный подшипник 4 установлен на ведомом 11 валу для его поддержания при вращении в подклинке 31.The wedges 15-17 interact with the wedge 31, which includes the driven shaft 11. The angular contact bearing 4 is mounted on the driven 11 shaft to maintain it during rotation in the wedge 31.

Передачу напряжения питания для приводов 12-14, электронного модуля 19 и информации обеспечивает вращающееся контактное устройство 21.The supply voltage for the drives 12-14, the electronic module 19 and the information provides a rotating contact device 21.

Электронный модуль выполнен в виде электронной печатной платы, содержащей микропроцессорное устройство и обеспечивает управление работой приводов 12-14.The electronic module is made in the form of an electronic circuit board containing a microprocessor device and provides control over the operation of drives 12-14.

Для центрирования и удержания корпуса 1 от проворота применен центратор 7.To center and keep the housing 1 from turning, a centralizer 7 is used.

На торцах корпуса 1 размещены уплотнители 26 для защиты внутреннего пространства корпуса 1 от бурового раствора и выбуренной породы.At the ends of the housing 1, seals 26 are placed to protect the internal space of the housing 1 from drilling mud and cuttings.

На фиг. 1 позицией 32 показан диапазон изменения направления долота, позицией 33 показана ось ведомого вала, позицией 34 показана ось корпуса системы.In FIG. 1, 32 shows the range of change in direction of the bit, 33 shows the axis of the driven shaft, 34 shows the axis of the system housing.

Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:

Вращение от ротора через бурильные трубы и корпус телеметрической системы передается на ведущий вал 10 (фиг. 1), далее промежуточный вал 9 и ведомый вал 11. Расположенные снаружи корпус 1 и центратор 6 не вращаются, и контактируют со стенкой скважины.Rotation from the rotor through the drill pipe and the telemetry system housing is transmitted to the drive shaft 10 (Fig. 1), then the intermediate shaft 9 and the driven shaft 11. The housing 1 and the centralizer 6 located outside are not rotated, and are in contact with the borehole wall.

При получении сигнала от телеметрической системы на искривление положения оси ведомого вала 33 электронным модулем 19 формируются управляющие сигналы и подаются на электродвигатели привода 12-14 в заданной полярности. Момент вращения от электродвигателя через планетарный редуктор передается на пару гайка-винт в результате поступательного движения винтов 30. Происходит перемещение клиньев 15-17, которые скользят по поверхности подклинка 31. В результате чего осуществляется боковое смещение подклинка 31 и ведомого 11 вала, расположенного в нем, относительно корпуса 1, соответственно ось вала 33 смещается относительно оси 34 устройства на заданный угол. После отработки, заданного электронным модулем 11 перемещения клиньев 15-17 по сигналам индуктивных датчиков 27-29 происходит разрыв цепи питания и останов электродвигателей. Искривление положения оси вала 33 выполняют только при снятии осевой нагрузки.Upon receipt of a signal from the telemetry system to distort the position of the axis of the driven shaft 33 by the electronic module 19, control signals are generated and supplied to the drive motors 12-14 in a predetermined polarity. The moment of rotation from the electric motor through the planetary gear is transmitted to the nut-screw pair as a result of the translational movement of the screws 30. The wedges 15-17 move, which slide along the surface of the wedge 31. As a result, the wedge 31 and the driven shaft 11 are laterally displaced , relative to the housing 1, respectively, the axis of the shaft 33 is shifted relative to the axis 34 of the device by a predetermined angle. After working out specified by the electronic module 11 for moving the wedges 15-17 according to the signals of inductive sensors 27-29, the power circuit breaks and the motors stop. The curvature of the axis position of the shaft 33 is performed only when removing the axial load.

После выполнения операции изменения положения оси вала 33, продолжают процесс бурения.After the operation of changing the position of the axis of the shaft 33, continue the drilling process.

Наличие второго шарнира 23 на валу 9 позволяет установить радиально-упорный подшипник 5 вблизи торца устройства, что снижает нагрузки, возникающие в процессе бурения, а также увеличивает продолжительность работы уплотнений 26. В результате повышается надежность устройства. Для контроля положения клиньев 15-17 (фиг. 3) применяются индуктивные датчики перемещения 27-29. После бурения изогнутой части ствола скважины с отклонением долота предлагаемой СУБУ можно прекратить процесс отклонения путем передачи соответствующего сигнала в исполнительный орган для перемещения клиньев 15-17 электрическими двигателями 12-14 в нейтральное положение, которому соответствует совпадение осей 34 корпуса 1 и соответственно оси ведомого вала 33, после чего осуществить бурение прямолинейной части скважины.The presence of the second hinge 23 on the shaft 9 allows you to install angular contact bearing 5 near the end of the device, which reduces the loads that occur during drilling, and also increases the duration of the seals 26. As a result, the reliability of the device. To control the position of the wedges 15-17 (Fig. 3), inductive displacement sensors 27-29 are used. After drilling a bent part of the wellbore with a deviation of the proposed SSU bit, you can stop the deviation process by transmitting the corresponding signal to the actuator to move the wedges 15-17 by electric motors 12-14 to the neutral position, which corresponds to the coincidence of the axes 34 of the housing 1 and, accordingly, the axis of the driven shaft 33 then to drill the straight part of the well.

Таким образом, осуществляется точное позиционирование долота для направленного бурения изогнутых участков ствола скважины.Thus, the exact positioning of the bit for directional drilling of curved sections of the wellbore is carried out.

Преимущество изобретения состоит в том, что возможность точного позиционирования долота для направленного бурения позволяет использовать заявляемую систему для разработки труднодоступных запасов углеводородов.An advantage of the invention is that the ability to accurately position the bit for directional drilling allows you to use the inventive system to develop hard-to-reach hydrocarbon reserves.

Claims (1)

Система управления буровым устройством, включающая корпус, имеющий ось, размещенный в корпусе с возможностью вращения вал, состоящий из ведущего и ведомого валов, соединенных с помощью шарнира, на ведомом валу установлен радиально-упорный подшипник с возможностью поддержания его коллинеарным с осью корпуса, исполнительный орган и механизм перемещения, установленные с возможностью обеспечения отклонения вала от оси корпуса, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена центратором, жестко соединенным с корпусом, размещенными в корпусе электронным модулем с электрической цепью и вращающимся контактным устройством, соединенным с электронным модулем через электрическую цепь, при этом вал снабжен вторым шарниром, образуя промежуточный вал между ведущим и ведомым валами, причем использованы шарниры, работающие в масляной ванне, ведомый вал снабжен вторым радиально-упорным подшипником, установленным вблизи торца корпуса, исполнительный орган содержит три клина и три индуктивных датчика перемещения, механизм перемещения исполнительного органа выполнен в виде трех электрических двигателей с планетарными редукторами, расположенных под углом 120 градусов относительно друг друга, при этом каждому электрическому двигателю соответствует клин, установленный с возможностью перемещения в обе стороны с обеспечением отклонения вала от оси корпуса, и на каждом клине установлен индуктивный датчик перемещения.Drilling device control system, comprising a housing having an axis rotatably mounted on the shaft, comprising a drive shaft and a driven shaft connected by a hinge, an angular contact bearing mounted on the driven shaft to be supported collinear with the housing axis, an actuator and a movement mechanism installed with the possibility of deflecting the shaft from the axis of the housing, characterized in that it is further provided with a centralizer, rigidly connected to the housing, housed in the housing with an electronic module with an electric circuit and a rotating contact device connected to the electronic module via an electric circuit, the shaft being provided with a second hinge forming an intermediate shaft between the drive and driven shafts, the hinges operating in an oil bath being used, the driven shaft having a second radially thrust bearing installed near the end of the housing, the actuator contains three wedges and three inductive displacement sensors, the actuator displacement mechanism is made in the form of three electric ktricheskih motors with planetary gears arranged at an angle of 120 degrees with respect to each other, wherein each electric motor corresponding to the wedge mounted to be movable in both directions with providing deflection shaft from the housing axis, and each wedge is mounted an inductive displacement sensor.

Images