Самоустанавливающийся отклонитель для наклонных скважин

Самоустанавливающийся отклонитель для наклонных скважин

Реферат

 

Изобретение относится к области нефтедобывающей техники, в частности к средствам для бурения при зарезке вторых стволов нефтяных и газовых скважин, и направлено на повышение надежности крепления отклонителя в наклонных скважинах. Сущность изобретения заключается в том, что отклонитель выполнен в виде верхнего, представляющего собой клин-отклонитель, и нижнего корпусов, с возможностью их относительного перемещения, и снабжен двумя камерами переменного объема, гидростатического давления, расположенной в верхнем корпусе, и атмосферного давления, расположенной в нижнем корпусе, при этом камеры гидравлически изолированы друг от друга во время транспортировки отклонителя по стволу скважины и соединены во время установки и крепления его в скважине. Изобретение обеспечивает повышение надежности крепления отклонителя в наклонных скважинах. 3 ил.

Изобретение относится к области нефтедобывающей техники, в частности к средствам для бурения при зарезке вторых стволов нефтяных и газовых скважин, в случае их искусственного искривления.

Известен отклонитель - ориентатор, представляющий собой эксцентрик и включающий корпус с клиновой поверхностью, установочный клин, расположенный в нижней части корпуса, и транспортировочный патрубок [1].

Недостатком такого устройства является высокая трудоемкость установки отклонителя, так как для жесткого закрепления его к стенкам скважины при помощи установочного клина и извлечения транспортировочного патрубка, необходимо спускать и поднимать специальную колонну с цанговым наконечником, а также низкая надежность закрепления отклонителя одним клином.

Известен отклонитель типа ОЗС, содержащий клин-отклонитель, узел опоры и закрепления в виде трехплашечной системы, спускной клин и устройство соединения с колонной бурильных труб для спуска и установки отклонителя в заданном направлении [2].

Недостатком устройства является трудоемкость спуска и установки отклонителя в наклонных скважинах и низкая надежность крепления в связи с тем, что осевое усилие после спуска отклонителя и подъема бурильных труб снимается.

Технической задачей, стоящей перед изобретением, является снижение трудоемкости спуска и установки отклонителя путем исключения операции спуска и подъема бурильных труб и повышение надежности крепления отклонителя в наклонных скважинах.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что самоустанавливающийся отклонитель для наклонных скважин, содержащий клин-отклонитель, узел закрепления, включающий плашечную систему и срезные элементы, согласно изобретению выполнен в виде верхнего, представляющего собой клин-отклонитель, и нижнего корпусов, с возможностью их относительного перемещения, и снабжен камерами переменного объема, гидростатического давления, расположенной в верхнем корпусе, и атмосферного давления, расположенной в нижнем корпусе, в верхней камере установлен поршень, который жестко соединен с корпусом нижней камеры посредством штока, имеющего на конце срезной ниппель, а шток поршня, расположенного в камере атмосферного давления, снабжен каналом в нижней его части и закрыт разрушающейся пробкой, узел закрепления содержит также поворотный механизм, расположенный в месте соединения корпусов отклонителя и выполненный в виде выступа с винтовой поверхностью на верхней части нижнего корпуса и ответного винтового выреза на цилиндрической поверхности верхнего корпуса.

Сущность изобретения заключается в том, что отклонитель не спускают в скважину на бурильных трубах, а бросают с устья и он достигает забоя скважины в свободном падении, при этом перепад между гидростатическим давлением наружной среды и давлением в камерах приводит в действие механизм автоматической установки клина в заданном направлении и к креплению плашечных систем. Причем осевое усилие, действующее на плашечные системы, остается после установки отклонителя и удерживает его при дальнейших работах.

Изобретение пояснено чертежом, где на фиг.1 показан разрез устройства; на фиг.2 - плашечная система крепления; на фиг.3 - поворотный механизм отклонителя.

Устройство состоит из верхнего корпуса 1, включающего собственно клин-отклонитель, который имеет скошенную 2 и цилиндрическую 3 поверхности и в котором выполнена камера 4 гидростатического давления, плашечную систему крепления 5, временно закрепленную болтами 6, и нижнего корпуса 7, в котором выполнена камера 8 атмосферного давления. Нижний корпус отклонителя также снабжен плашечной системой крепления 9, временно закрепленной болтами 10. Камера 4 имеет поршень 11, который жестко соединен с корпусом 7 камеры 8 посредством штока 12, имеющего на конце срезной ниппель 13, входящего во внутрь камеры 8. В камере 8 установлен поршень 14, жестко соединенный со штоком 15, имеющим отверстия 16 и срезной палец 17. Шток 15 имеет канал 18, соединяющий полость штока с внешней средой. Канал 18 на время транспортировки отклонителя по стволу скважины закрыт пробкой 19. От сдвига поршня 14 удерживает палец 17, входящий во фланец 20. Поворотный механизм выполнен в виде выступа 21 с винтовой поверхностью на корпусе 7 и ответного винтового выреза 22 на корпусе 1.

Устройство работает следующим образом.

Отклонитель собирают по указанной схеме. Камеру 4 заполняют жидкостью, камера 7 заполнена воздухом. После установки цементного моста или пакера в необходимом интервале наклонной скважины, промывки и подъема бурильных труб, с устья бросают шаблон 23. После достижения шаблоном забоя с устья скважины бросают отклонитель.

В связи с отклонением центра тяжести от оси отклонитель движется цилиндрической поверхностью 3 клина-отклонителя по нижней стенке наклонной скважины. Достигнув забоя, скошенная поверхность 2 клина-отклонителя устанавливается по азимуту ствола.

Во время погружения отклонителя в скважину в камере 4 устанавливается гидростатическое давление, в камере 8 поршень 14 остается неподвижным и в ней сохраняется атмосферное давление на любой глубине.

При этом на шток 15 действует усилие, равное произведению величины гидростатического давления на площадь его поперечного сечения. Это усилие удерживается пальцем 17. При достижении отклонителем шаблона 23 пробка 19 ломается, гидростатическое давление по открывшемуся каналу 18 и отверстиям 16 передается на всю площадь поршня 14, т.е. осевое усилие на поршень 14 и шток 15 возрастает пропорционально площади поршня, палец 17 ломается и поршень 14 со штоком 15 движутся во внутрь камеры 8, в которой сохранено атмосферное давление. Шток 15 фланцем 20 двигает плашки 9, срезая болты 10, и тем самым закрепляет корпус 7 камеры 8 в стволе скважины. При этом клин-отклонитель не меняет своего положения, которое он занял при движении к месту установки, т. е. скошенной поверхностью вверх. Осевое усилие на плашки 9 остается и после их заклинивания, т. к., давление в камере увеличивается всего на 5-8 атм., равное коэффициенту сжатия воздушного объема.

В конце хода шток 15 ломает ниппель 13 штока 12, соединяющего камеру 4 с камерой 8. Жидкость из гидростатической камеры начинает перетекать в атмосферную камеру, объем которой достаточен для компенсации ходов обоих поршней. Давление в гидростатической камере падает и корпус 1 начинает двигаться вниз, т. к. поршень 11 жестко связан с корпусом 7 камеры 8, закрепленным к этому времени плашками 9.

Плашки 5 расположены на заданном расстоянии от корпуса 7. На этом расстоянии корпус 1 поворачивается вокруг оси на заданный угол от первоначального своего положения с помощью поворотного механизма.

Поворотный механизм представляет собой вырез 22, противоположные стороны которого выполнены в виде правой и левой винтовых поверхностей. Винтовой вырез 22 выполнен на цилиндрической части корпуса 1. При осевом перемещении корпуса гидростатической камеры винтовые поверхности выреза 22, взаимодействуя с ответными винтовыми поверхностями выступа 21, расположенного на корпусе 7 камеры 8, поворачивают клин-отклонитель на заданный угол. После поворота на установленный угол корпус 1 продолжает движение, срезаются болты 6, плашки 5 приходят в упор с корпусом 7 камеры 8, тем самым закрепляя верхнюю часть отклонителя. Осевое усилие, закрепляющее плашечные системы, сохраняется и препятствует освобождению отклонителя при дальнейших работах.

Источники информации 1. Патент РФ 2145658, кл. - Е 21 В 7/08, 2000г.

2. Амиров А. Д. , Карапетов К.А., Лемберанский Ф.Д. и др. - Справочная книга по текущему и капитальному ремонту нефтяных и газовых скважин. - М., Недра, 1979, с.254. ПРОТОТИП.

Формула изобретения

Самоустанавливающийся отклонитель для наклонных скважин, содержащий клин-отклонитель, узел закрепления, включающий плашечную систему, и срезные элементы, отличающийся тем, что отклонитель выполнен в виде верхнего, представляющего собой клин-отклонитель, и нижнего корпусов, с возможностью их относительного перемещения, и снабжен камерами переменного объема, гидростатического давления, расположенной в верхнем корпусе, и атмосферного давления, расположенной в нижнем корпусе, в верхней камере установлен поршень, который жестко соединен с корпусом нижней камеры посредством штока, имеющего на конце срезной ниппель, а шток поршня, расположенного в камере атмосферного давления, снабжен каналом в нижней его части и закрыт разрушающейся пробкой, узел закрепления содержит также поворотный механизм, расположенный в месте соединения корпусов отклонителя и выполненный в виде выступа с винтовой поверхностью на верхней части нижнего корпуса и ответного винтового выреза на цилиндрической поверхности верхнего корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3