ориентатор забойной компоновки

Формула изобретения

Ориентатор забойной компоновки, содержащий корпус, вал, установленный на подшипниках в корпусе, привод, выполненный в виде полого подпружиненного штока с наружными шлицами, преобразователь движения, выполненный в виде наружной втулки со спиральными пазами, взаимодействующими с ответными выступами внутренней полой втулки, поршень с уплотнением, подпружиненное кольцо, снабженное шлицами и зубчатой полумуфтой, отличающийся тем, что наружная втулка преобразователя движения связана с корпусом, а внутренняя связана с поршнем и снабжена зубчатой полумуфтой, взаимодействующей с зубчатой полумуфтой подпружиненного штока, при этом пружина штока опирается на корпус через упорный шарикоподшипник, а подпружиненное кольцо, зубчатой полумуфтой взаимодействующее с ответной полумуфтой вала, шлицами сцеплено с корпусом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при бурении наклоннонаправленных скважин и боковых стволов с применением колтюбинговой технологии для ориентирования забойной отклоняющей компоновки, в частности забойного двигателя отклонителя, в нужном азимутальном направлении.

В практике бурения известны подобные устройства как с электрическим, так и с гидравлическим приводом. Устройства с электрическим приводом более функциональны, но они могут использоваться преимущественно в колтюбинговой технологии, когда в непрерывной трубе можно легко разместить кабель для подвода энергии. Устройства с гидравлическим управлением потоком промывочной жидкости более универсальны, они могут быть использованы при бурении на бурильных трубах малого диаметра (89 мм и менее) на больших глубинах, когда управление забойной компоновкой с поверхности затруднено (TECHNOLOGI UPDATE "Sperry-San", winter 1995).

Наиболее близким техническим решением из известных является ориентатор бурильной колонны, содержащий корпус, вал, установленный на подшипниках в корпусе, привод, выполненный в виде полого подпружиненного штока с наружными шлицами, преобразователь движения, выполненный в виде наружной втулки со спиральными пазами, взаимодействующими с ответными выступами внутренней полой втулки, поршень с уплотнением, подпружиненное кольцо, снабженное шлицами и зубчатой полумуфтой (пат. США №5775444, 175-322, 1998 г.).

Недостатком известного устройства является низкая скорость переключения, особенно возврата привода в исходное положение, для ускорения которого иногда требуется короткий импульс обратной циркуляции, высокие контактные напряжения в контактирующих элементах преобразователя движения и шлицевых сопряжениях штока при передаче реактивного момента забойного двигателя, входящего в состав забойной компоновки.

Задача изобретения - повышение надежности работы и ускорение срабатывания устройства за счет снижения напряжений в контактирующих элементах при рабочем ходе и передаче реактивного момента при бурении.

Поставленная задача решается за счет того, что в ориентаторе забойной компоновки, содержащем корпус, вал, установленный на подшипниках в корпусе, привод, выполненный в виде полого подпружиненного штока с наружными шлицами, преобразователь движения, выполненный в виде наружной втулки со спиральными пазами, взаимодействующими с ответными выступами внутренней полой втулки, поршень с уплотнением, подпружиненное кольцо, снабженное шлицами и зубчатой полумуфтой, отличающийся тем, что наружная втулка преобразователя движения связана с корпусом, а внутренняя связана с поршнем и снабжена зубчатой полумуфтой, взаимодействующей с зубчатой полумуфтой подпружиненного штока, при этом пружина штока опирается на корпус через упорный шарикоподшипник, а подпружиненное кольцо, зубчатой полумуфтой взаимодействующее с ответной полумуфтой вала, шлицами сцеплено с корпусом.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Благодаря тому что контактирующие элементы ориентатора - пазы наружной втулки преобразователя движения и выступы внутренней втулки преобразователя движения взаимодействуют на максимально возможном для данного диаметра корпуса радиусе, обеспечивая минимальные контактные напряжения в процессе рабочего цикла, при бурении подпружиненное кольцо зубчатой полумуфтой взаимодействует с ответной полумуфтой вала и шлицами сцеплено с корпусом на максимально возможном для данного диаметра корпуса радиусе, обеспечивая минимальные контактные напряжения, а подпружиненный шток установлен в корпусе на упорном шарикоподшипнике, что обеспечивает увеличение скорости срабатывания ориентатора.

На фиг.1 показан ориентатор в продольном разрезе, на фиг.2 показано поперечное сечение А-А, проходящее по выступам внутренней втулки преобразователя движения, на фиг.3 показан вид Б на наружную втулку преобразователя движения без корпуса, на фиг.4 и фиг.5 показаны сечения В-В и Г-Г, проходящие по шлицевым соединениям штока и вала, подпружиненного кольца и корпуса.

Ориентатор забойной компоновки включает корпус 1, вал 2, установленный на подшипниках 3 в корпусе, привод, выполненный в виде полого подпружиненного штока 4 с наружными шлицами 5 и зубчатой полумуфтой 6, преобразователь движения, выполненный в виде наружной втулки 7 со спиральными пазами 8 (см. фиг.3), взаимодействующими с ответными выступами 9 внутренней полой втулки 10, снабженной зубчатой полумуфтой 11, сцепленной с соответствующей полумуфтой 6 штока, поршень 12 с уплотнением 13, подпружиненное кольцо 14, снабженное шлицами 15 (см. фиг.5) и зубчатой полумуфтой 16, сцепленное сo шлицами 18 корпуса и зубчатой полумуфтой 19 вала.

Все зубья имеют пилообразную форму, выполнены таким образом, что ведущая полумуфта может передавать момент вправо глядя со стороны ведущей полумуфты, а влево может свободно проворачиваться относительно ведомой полумуфты.

Зубья полумуфт постоянно сцеплены, подпружиненный шток опирается пружиной 17 на осевой шарикоподшипник 20, установленный в корпусе. Полость ниже поршня гидравлически сообщается с затрубным пространством для выравнивания давления в скважине и внутренней полости ориентатора.

Работа устройства происходит следующим образом: корпус 1 соединяется с бурильной колонной, в частности с колтюбингом, а вал 2 с КНБК, включающую двигатель-отклонитель для бурения с набором зенитного угла в заданном направлении и телеметрическую систему для контроля параметров траектории ствола скважины и положения отклонителя.

При включении циркуляции промывочная жидкость по бурильной колонне поступает к ориентатору и по каналам внутренней втулки преобразователя движения, штока 4 и вала 2 и поступает к двигателю-отклонителю КБНК. По мере достижения рабочего перепада давлений на двигателе поршень 12 вместе с внутренней втулкой 10 преобразователя движения начинает движение вниз. При этом выступы 9 внутренней втулки 10 преобразователя движения, взаимодействуя со спиральными пазами 8 наружной втулки 7 преобразователя движения, поворачивают внутреннюю втулку 10 преобразователя движения и связанные с ней шток 4 и вал 2 вправо.

При вращении вала взаимодействующие пилообразные зубья полумуфт 16 и 19 отжимают кольцо 14 и позволяют повернуть вал на заданный угол, определяемый величиной хода штока 4 и углом наклона спиральных пазов 8 наружной втулки 7 преобразователя движения.

После начала процесса бурения реактивный момент, возникающий на корпусе двигателя-отклонителя, передается на вал 2, через зубья полумуфт 19 и 16 на подпружиненное кольцо 14, через шлицы 18 и 15 на корпус 1 и далее на бурильные трубы.

При уменьшении расхода циркуляции резко уменьшается перепад давлений на КНБК, соответственно уменьшается усилие, действующее на поршень 12, и возвратная пружина 17 начинает перемещать вверх шток 4 и связанную с ним внутреннюю втулку 10 преобразователя движения. Выступы 9 втулки 10 преобразователя движения, взаимодействуя с пазами 8 наружной втулки 7 преобразователя движения, стремятся повернуть втулку 10 преобразователя движения и связанные с ней шток 4 и вал 2 влево, но взаимодействие зубьев полумуфт 19 вала и подпружиненного кольца 14 препятствуют вращению вала и штока. Вследствие этого взаимодействующие пилообразные зубья полумуфт 6 и 11 отжимают шток 4 и позволяют повернуть внутреннюю втулку 10 преобразователя движения влево и занять исходное положение. При увеличении расхода промывочной жидкости цикл повторяется и вал поворачивается еще раз на заданный угол.

Преимуществом заявляемого устройства по сравнению с известным является то, что контактирующие элементы в ориентаторе взаимодействуют с минимальными напряжениями. При работе этих элементов в среде промывочной жидкости, содержащих абразивные частицы, это обстоятельство приводит к значительному повышению долговечности и надежности ориентатора.