Компоновка низа бурильной колонны

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ КОМПОНОВКА НИЗА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ(71) Заявитель Проектно-производственное частное унитарное предприятие Новинка(72) Авторы Груздилович Леонид Михайлович Алексенко Анатолий Григорьевич Пирч Иван Яронович Атрушкевич Сергей Анатольевич Шуригин Геннадий Михайлович Красько Сергей Николаевич(73) Патентообладатель Проектно-производственное частное унитарное предприятие Новинка(57) 1. Компоновка низа бурильной колонны, содержащая гибкую трубу, соединенную с устройством для создания нагрузки на долото, винтовой забойный двигатель и долото,отличающаяся тем, что устройство для создания нагрузки на долото содержит цилиндрический корпус с центральным каналом для прохода рабочей жидкости, на котором расположены две поршневые группы и устройство управления между ними, при этом каждая поршневая группа содержит подвижный цилиндр с захватами, выполненный с возможностью перемещения по цилиндрическому корпусу, в корпусе подвижного цилиндра расположен поршень, жестко закрепленный на цилиндрическом корпусе, и подвижный поршень,установленный на цилиндрическом корпусе с возможностью перемещения и имеющий со стороны захватов клиновидные выступы. 2. Компоновка по п. 1, отличающаяся тем, что каждый захват выполнен в виде лопасти, с внутренней стороны которой установлены ролики, взаимодействующие с подвижным поршнем, при этом лопасть установлена на пружинах, шарнирно закрепленных с одной стороны на подвижном цилиндре, а с другой - на втулке с возможностью перемещения по цилиндрическому корпусу. 3. Компоновка по п. 2, отличающаяся тем, что устройство управления содержит клапан включения, обратный клапан и распределители, управляющие положением захватов и подачей рабочей жидкости в полости подвижных цилиндров. 51362009.04.30 Полезная модель относится к буровой технике, а более конкретно к установкам для бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин. Известна компоновка низа бурильной колонны для бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин, состоящая из колонны бурильных труб, долота, забойного двигателя и телескопического устройства, установленного между нижней трубой бурильной колонны и забойным двигателем. Конструкция телескопического устройства определяет нагрузку на долото в процессе бурения 1. Однако известное техническое решение является конструктивно сложным и не позволяет осуществлять регулирование нагрузки на забой в процессе бурения. Известна также компоновка низа бурильной колонны для бурения скважины винтовым забойным двигателем, состоящая из бурильной колонны, долота, винтового забойного двигателя и телескопической системы, установленной между нижней трубой бурильной колонны и двигателем. Телескопическая система (устройство для создания нагрузки на долото) состоит из цилиндра, соединенного с бурильной колонной, и расположенного внутри нее поршня, соединенного с корпусом двигателя. В нижней части цилиндра выполнены отверстия, сообщающие внутреннюю полость цилиндра с затрубным пространством. На верхнем конце поршня установлено посадочное седло для размещения в нем стационарной или сбрасываемой насадки, выполняемой с хвостовиком под овершот. Известная компоновка позволяет осуществлять регулирование нагрузки на забой в процессе бурения 2. Недостатком известного устройства является низкая эффективность бурения скважин из-за падения нагрузки на долото при сбросе давления и восстановления его только через определенный промежуток времени при последующей подаче трубы на определенную длину. Кроме того, управление компоновкой низа бурильной колонны осуществляется с поверхности, поэтому требуется много времени на обработку сигналов управления, а подача гибкой трубы с поверхности скважины создает трудности при проталкивании гибкой трубы, что ограничивает длину горизонтальных скважин. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин путем поддержания усилия на долото в любой момент времени и увеличение длины горизонтальных скважин. Поставленная задача достигается тем, что в компоновке низа бурильной колонны, содержащей гибкую трубу, соединенную с устройством для создания нагрузки на долото,винтовой забойный двигатель и долото, устройство для создания нагрузки на долото содержит цилиндрический корпус с центральным каналом для прохода рабочей жидкости,на котором крепятся две поршневые группы с устройством управления между ними. Каждая поршневая группа содержит подвижный цилиндр с захватами, выполненный с возможностью перемещения по цилиндрическому корпусу, при этом в корпусе, подвижного цилиндра расположен поршень, жестко закрепленный на цилиндрическом корпусе, и подвижный поршень, закрепленный на цилиндрическом корпусе и имеющий со стороны захватов клиновидные выступы. Каждый захват выполнен в виде лопасти, с внутренней стороны которой установлены ролики, взаимодействующие с подвижным поршнем, при этом лопасть соединена с пружинами, шарнирно закрепленными с одной стороны на подвижном цилиндре, а с другой на втулке с возможностью перемещения по цилиндрическому корпусу. Устройство управления содержит клапан включения, обратный клапан и распределители, управляющие положением захватов и подачей рабочей жидкости в полости подвижных цилиндров. Предлагаемое устройство обеспечивает поддержание постоянной осевой нагрузки на долото весь период времени и одновременно воздействует на гибкую трубу, затягивая ее в скважину и увеличивая длину горизонтальной скважины. Расположение устройства управления между двумя поршневыми группами сокращает время на обработку информации. На фиг. 1 представлена общая схема компоновки низа бурильной колонны фиг. 2 - устройство для создания нагрузки на долото фиг. 3 - схема поршневой группы в момент сцепления со стенкой скважины. 2 51362009.04.30 Компоновка низа бурильной колонны состоит из гибкой трубы 1, соединенной с устройством для создания нагрузки на долото 2, винтового забойного двигателя 3 и долота 4. Компоновка может также содержать устройство телеметрии и ориентатор, расположенные между устройством для создания нагрузки на долото 2 и винтовым забойным двигателем 3. Устройство для создания нагрузки на долото 2 состоит из двух поршневых групп 5, 6 и устройства управления 9, размещенных на цилиндрическом корпусе 10, соединенном с гибкой трубой 1 и имеющим центральный канал для прохода рабочей жидкости. Каждая из поршневых групп 5, 6 состоит из подвижного цилиндра (13 - в первой поршневой группе 5 и 14 - во второй поршневой группе 6) и расположенного внутри него и жестко закрепленного на цилиндрическом корпусе 10 поршня (11 в поршневой группе 5 и 12 - в поршневой группе 6). Подвижные цилиндры 13 и 14 имеют полости 15, 16, образованные между неподвижным поршнем 11 и корпусом цилиндра 13 в первой поршневой группе, и 17, 18 - между неподвижным поршнем 12 и корпусом цилиндра 14 во второй поршневой группе. Каждая из полостей 15, 16 и 17, 18 соединена каналами с устройством управления 9. В корпусе подвижного цилиндра 13 расположен также подвижный поршень 19, а в корпусе подвижного цилиндра 14 - подвижный поршень 20, которые имеют сложную форму. Подвижные цилиндры 13, 14 в каждой поршневой группе 5 и 6 соединены соответственно с захватами 7, 8. Захваты 7 и 8 выполнены в виде лопастей 21 и 22 и установлены с двух сторон на плоских пружинах 23 и 24, которые с одной стороны шарнирно соединены с корпусом цилиндра 13 (в первой поршневой группе) и с корпусом цилиндра 14 (во второй поршневой группе). С другой стороны захваты 7 и 8 с помощью шарниров соединены соответственно со втулками 25 (в поршневой группе 5) и 26 (в поршневой группе 6), которые имеют возможность перемещения по цилиндрическому корпусу 10. На осях лопастей 21 и 22 со стороны подвижных поршней 19 и 20 установлены ролики 27 и 28. В каждой поршневой группе 5, 6 в зоне расположения лопастей 21 и 22 подвижные поршни 19 и 20 имеют клиновые выступы, которые при перемещении подвижных цилиндров 13, 14 взаимодействуют с роликами 27 и 28. Для возврата подвижных поршней 19 и 20 в исходное положение между ними и корпусами цилиндров 13 и 14 установлены возвратные пружины 29 и 30. Устройство управления 9 включает в себя клапан 31 для включения-выключения устройства, распределители 32 и 33, обратный клапан 34 и предохранительный клапан 35. Распределитель 32 связан каналами с полостями 15, 16, 17, 18 и управляет подачей рабочей жидкости в полости подвижных цилиндров 13 и 14. Распределитель 33 связан каналами, выполненными в цилиндрическом корпусе 10, с полостями 36 (37) между корпусом цилиндра 13 (14) и подвижным поршнем 19 (20) и управляет положением захватов, которые могут иметь следующие состояния включен захват первой поршневой группы включены захваты первой и второй поршневых групп включен захват второй поршневой группы. Кроме того, распределители 32 и 33 связаны с затрубным пространством скважины каналом, который содержит обратный клапан 34. Компоновка работает следующим образом. При недостатке осевого усилия на долото 4 при прохождении горизонтальной скважины включается устройство управления 9. При включении клапана 31 срабатывает распределитель 33, и рабочая жидкость по каналам поступает в полость 36 первой поршневой группы и начинает давить на поршень 19. Поршень 19 перемещается влево и своей клиновой частью через ролики 27 выталкивает лопасти 21, которые упираются в стенки скважины и удерживают компоновку от осевого смещения. Ролики 27 перемещаются по клиновой части подвижного поршня 19, и пружины поднимают лопасти 21 до сцепления со стенками скважины (фиг. 3). После этого срабатывает распределитель 32, и рабочая жидкость по каналам поступает в полость 15 между неподвижным поршнем 11 первой поршневой группы и корпусом подвижного цилиндра 13, заставляя цилиндрический корпус 10 перемещаться вправо,подтягивая гибкую трубу 1 и создавая усилие на долото 4. При этом жидкость из полости 16 3 51362009.04.30 первой поршневой группы 5 через распределитель 32 выталкивается в затрубное пространство скважины. Одновременно с подачей рабочей жидкости в полость 15 первой поршневой группы 5 рабочая жидкость поступает в полость 18 второй поршневой группы 6, заставляя корпус цилиндра 14 с захватом 8 перемещаться вправо. При этом рабочая жидкость из полости 17 между неподвижным поршнем 12 и корпусом цилиндра 14 второй поршневой группы через распределитель 32 выталкивается в затрубное пространство скважины. Затем распределитель 33 подает рабочую жидкость в полость между подвижным поршнем 20 и корпусом цилиндра 14 второй поршневой группы 6, и подвижный поршень 20 перемещается вправо и приводит в действие лопасти 22 захвата второй поршневой группы,которые упираются в стенки скважины и удерживают компоновку от осевого смещения. После этого полость 36 через распределитель 33 соединяется с затрубным пространством скважины, в которое перетекает рабочая жидкость, и пружина 29 возвращает подвижный поршень 19 первой поршневой группы в первоначальное положение. Лопасть 21 также возвращается в первоначальное положение плоскими пружинами 23. После этого происходит переключение распределителя 32, который подает рабочую жидкость в полость 17 второй поршневой группы, рабочая жидкость действует на неподвижный поршень 12, и цилиндрический корпус 10 перемещается вправо, подтягивая за собой гибкую трубу 1 и создавая давление на долото. Рабочая жидкость из полости 18 через распределитель 32 выталкивается в затрубное пространство скважины. Одновременно с подачей рабочей жидкости в полость 17 второй поршневой группы происходит подача жидкости в полость 16 первой поршневой группы, давление действует на неподвижный поршень 11 и заставляет корпус цилиндра 13 первой поршневой группы с захватом перемещаться вправо вдоль цилиндрического корпуса 10. Рабочая жидкость из полости 15 первой поршневой группы через распределитель 32 уходит в затрубное пространство скважины. Переключение распределителя 33 обеспечивает соединение полости 37 с затрубным пространством скважины. Пружина 30 возвращает подвижный поршень 20 в исходное положение, и лопасть 22 пружины 24 втягивается в корпус цилиндра. Далее цикл повторяется. Таким образом, попеременное включение захватов 7, 8 и подтягивание цилиндрического корпуса 10, соединенного с гибкой трубой 1, позволяет перемещать компоновку по горизонтальной скважине и одновременно осуществлять давление на долото 4. Фиг. 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4