Разработка многофункционального бурового комплекса для направленного бурения скважин

Данный комплекс представляет собой снаряд непрерывного действия, предназначенный для ориентирования и бурения направленных скважин с углом забуривания от 0 до 360 градусов.

При разработке данного комплекса были проанализированные существующие конструкции отклонителей непрерывного действия и ориентаторов.

На основе проведенного анализа была предложена конструктивная схема, особенностью которой является объединение в одном корпусе ориентирующего и отклоняющего узлов.

В качестве ориентирующего узла использована система шарикового ориентатора, в целом аналогичная ориентатору серии ОГШ конструкции Донецкого политехнического института. Это позволяет исключить использование веса снаряда для разворота корпуса отклонителя под требуемым углом установки, а значит использовать разработанный снаряд для бурения как наклонных, так и горизонтальных и восстающих скважин. Отклоняющая система представляет собой усовершенствованный отклонитель с гидромеханическим распором спроектированный на основе снаряда ОНДГ-93МР разработанный в ДПИ совместно с Тематической экспедицией ПО «Укруглегеология».

Конструкция разработанного снаряда включает два основных блока: ориентирующий и распорный (рис. 1).

Распорный блок состоит из корпуса камеры 9 с ползуном 6, выходящим за габариты корпуса под действием расширяющейся резиновой камеры 7, охватывающей вал - трубу 10. В теле трубы выполнено отверстие, сообщающееся с внутренней полостью резиновой камеры. Концы резиновой камеры 7 закреплены в корпусе 9 с помощью конусов 8. Ползун 6 снабжен набором роликов 14, которые при выдвижении ползуна контактируют со стенкой, удерживая корпус отклонителя от поворота. Предельный выход ползуна ограничен упорами 15, закрепленными на корпусе камеры с помощью винтов и свободно расположенными в пазах ползуна.

Рисунок 1 - Отклонитель непрерывного действия с гидромеханическим приводом

К корпусу камеры присоединен корпус подшипников 11, в котором размещен блок упорных шарикоподшипников 16 и радиальных роликоподшипников 17. Для предотвращения утечек промывочной жидкости в корпусе 11 установлены манжеты 18. Поверхность корпуса 11 выполнена в виде эксцентричной втулки. Наружная поверхность корпусов 2 и 11 армированной твердосплавными вставками выполняющими функцию опорных элементов, регулирующих интенсивность искривления скважины.

К верхней части корпуса отклонителя на резьбе присоединен ориентирующий ниппель 4. К ниппелю 4 присоединен корпус 2, внутри которого размещены два радиальных шарикоподшипника, разделенных между собой распорным кольцом. Защита подшипников от воздействия промывочной жидкости и частиц шлама осуществляется уплотнительным резиновым кольцом 13. Внутренняя часть ориентирующего ниппеля имеет пазы для сопряжения с валом отклонителя. В нижней части ниппеля выполнен паз, предназначенный для размещения ориентирующего шара 3 при ориентировании корпуса отклонителя.

Через корпус 2 и ориентирующий ниппель 4 проходит верхний вал 1. На его поверхности расположен блокировочный шпоночный узел, сопрягаемый с пазами ориентирующего ниппеля.

В нижней части верхнего вала размещен шпоночный разъем 5, предназначенный для компенсации смещения вала при ориентировании. Вал снабжен отверстиями для прохода промывочной жидкости, которые предназначены для сигнализации об окончании процесса ориентирования.

В кольцевой полости, образованной внутренней поверхностью ниппеля 4 и расточкой верхнего вала 1 под шпоночным участком вала, размещен ориентирующий шар 3, свободно перекатывающийся в исходном положении под действием силы тяжести.

Разрабатываемый комплекс работает следующим образом. Процесс ориентирования отклонителя заключается в следующем: Выполняют подтягивание вала за колонну бурильных труб. При этом верхний вал 1 получает возможность небольшого смещения вверх по шпоночному разъему ниппеля 4. Это освобождает шар 3, который перекатывается по кольцевой полости, занимая положение, соответствующее нижней образующей апсидальной плоскости скважины. Опускают снаряд до забоя, включают подачу промывочной жидкости и начинают медленное проворачивание корпуса снаряда через колонну бурильных труб. При этом осуществляют периодическое подтягивание и опускание верхнего вала 1 (при ориентировании в горизонтальных и восстающих скважинах осуществляется периодическая досылка и извлечение верхнего вала). Корпус проворачивается благодаря шпоночному сопряжению с валом. В тот момент, когда положение паза совпадет с нижней образующей апсидальной плоскости скважины, ориентирующий шар 3 переместится в паз ниппеля 4. Благодаря этому вал 1 сместится вниз по корпусу отклонителя, разъединится шпоночное соединение вала и корпуса, сместится вниз нижний шпоночный разъем, тем самым открыв боковые отверстия вала, и промывочная жидкость получит возможность выхода. Давление в подводящей линии резко снизится, что даст гидравлический сигнал о завершении ориентирования, отмечаемый по манометру.

Благодаря наличию дросселирующей втулки 12, во внутренней полости вала 10 создается повышенное давление, что приводит к расширению резиновой камеры 7 и выдвижению ползуна 6 до упора его роликов 14 в стенку скважины. Корпуса 2 и 11, упираясь в противоположную стенку скважины твердосплавными вставками на эксцентричных выступах, обеспечивают заданный перекос оси снаряда.

Применение данного снаряда для направленного бурения позволяет повысить надежность работ по искривлению, так как устраняются такие причины отказов из-за дезориентации снаряда, как случайное или намеренное снятие осевой нагрузки, запуск снаряда в нагруженном состоянии и др. Область применения данного комплекса – бурение горизонтальных, восстающих и нисходящих скважин из подземных горных выработок.