направляющая система и система направленного бурения, содержащая указанную систему

Формула изобретения

1. Направляющая система, предназначенная для использования, например, при бурении и содержащая первый вращающийся корпус, второй вращающийся корпус, присоединенный к первому вращающемуся корпусу посредством регулируемого соединения, кулачковый элемент, удерживаемый от вращения при использовании, кулачковый следящий элемент, взаимодействующий с кулачковым элементом и содержащий следящие поршни, способные совершать возвратно-поступательные движения в соответствующем канале, образованном в первом корпусе, и вызывать перемещение связанных с ними ведущих поршней, имеющих диаметр, превышающий диаметр следящих поршней, таким образом, что каждый ведущий поршень способен перемещаться на меньшее расстояние по сравнению с соответствующим следящим поршнем при воздействии на него соответствующего следящего поршня, причем ведущие поршни способны перемещаться для приведения в движение второго вращающегося корпуса относительно первого вращающегося корпуса, вокруг регулируемого соединения.

2. Система по п.1, в которой первый и второй вращающиеся корпуса соединены друг с другом таким образом, что вращение первого корпуса передается второму корпусу.

3. Система по п.2, дополнительно содержащая механизм сцепления, обеспечивающий вращение первого корпуса относительно второго корпуса.

4. Система по п.3, в которой механизм сцепления содержит кулачковую муфту.

5. Система по п.1, в которой кулачковый элемент прикреплен к кожуху, окружающему, по меньшей мере, часть первого корпуса и удерживаемому от вращения при нормальном использовании.

6. Система по п.5, в которой кожух содержит стабилизатор.

7. Система по п.5 или 6, которая содержит сферический подшипник для опоры кулачкового элемента относительно кожуха.

8. Система по п.5 или 6, которая содержит, по меньшей мере, один линейный привод для приведения в действие кулачкового элемента для перемещения относительно кожуха для регулировки его положения.

9. Система по п.8, в которой линейный привод является электрическим приводом, электромагнитным приводом или гидравлическим приводом.

10. Система по одному из пп.5, 6, 9, в которой кулачковый элемент имеет форму наклонного диска.

11. Система по п.1, которая содержит толкающие штанги, связанные со вторым корпусом для передачи перемещения ведущих поршней второму корпусу.

12. Система направленного бурения, содержащая направляемую систему по любому из пп.1-11, двигатель для приведения во вращение первого корпуса направляемой системы и буровое долото, прикрепленное ко второму корпусу.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к направляющей системе и системе направленного бурения, содержащей данную систему.

В области формирования скважин обычно для последующего использования при извлечении углеводородов применять направляемую буровую систему для управления траекторией скважины. Известно довольно много систем направленного бурения. Например, известны системы, в которых смещающий узел расположен близко к буровому долоту, при этом смещающий узел способен прилагать в боковом направлении усилие к буровому долоту, заставляя его отклоняться от оси скважины в требуемом направлении. Другая форма системы направленного бурения включает в себя механизм отклонения, который монтируется в буровое долото, при этом управляемость системы достигается управлением ориентацией механизма отклонения для обеспечения направления бурового долота в требуемом направлении. В некоторых компоновках отклоняющий механизм является регулируемым для управления направлением и углом бурового долота. В других компоновках отклоняющий механизм имеет фиксированный наклон и изменение направления, в котором направлено буровое долото, достигается управлением углового положения отклоняющего механизма.

Целью настоящего изобретения является создание простой и удобной системы направленного бурения.

Согласно изобретению создана направляющая система, предназначенная для использования, например, при бурении и содержащая первый вращающийся корпус, второй вращающийся корпус, присоединенный к первому вращающемуся корпусу посредством регулируемого соединения, кулачковый элемент, удерживаемый от вращения при использовании, кулачковый следящий элемент, взаимодействующий с кулачковым элементом и содержащий следящие поршни, способные совершать возвратно-поступательные движения в соответствующем канале, образованном в первом корпусе, и вызывать перемещение связанных с ними ведущих поршней, имеющих диаметр, превышающий диаметр следящих поршней, таким образом, что каждый ведущий поршень способен перемещаться на меньшее расстояние по сравнению с соответствующим следящим поршнем при воздействии на него соответствующего следящего поршня, причем ведущие поршни способны перемещаться для приведения в движение второго вращающегося корпуса относительно первого вращающегося корпуса вокруг регулируемого соединения.

Такая компоновка имеет преимущество в том, что ось вращения второго вращающегося корпуса может удерживаться практически в неизменном положении во время вращения первого и второго вращающихся корпусов. Буровое долото, располагаемое при бурении на втором корпусе, может, таким образом, удерживаться в требуемом направлении во время проведения бурения.

Первый и второй вращающиеся корпусы могут быть соединены друг с другом таким образом, что вращение первого корпуса передается второму корпусу. Система может дополнительно содержать механизм сцепления, обеспечивающий вращение первого корпуса относительно второго корпуса. Механизм сцепления может содержать кулачковую муфту.

Кулачковый элемент может быть прикреплен к кожуху, окружающему, по меньшей мере, часть первого корпуса и удерживаемому от вращения при нормальном использовании. Кожух может содержать стабилизатор. Система может содержать сферический подшипник для опоры кулачкового элемента относительно кожуха.

Система может содержать, по меньшей мере, один линейный привод для приведения в действие кулачкового элемента для перемещения относительно кожуха для регулировки его положения. Линейный привод может быть электрическим приводом, электромагнитным приводом или гидравлическим приводом.

Кулачковый элемент может иметь форму наклонного диска.

Система может содержать толкающие штанги, связанные со вторым корпусом для передачи перемещения ведущих поршней второму корпусу. Толкающие штанги могут быть выровнены с соответствующими следящими поршнями. В такой компоновке второй корпус будет наклонен относительно первого корпуса в том же направлении, что и кулачковый элемент, но угол наклона будет меньше.

Согласно изобретению создана также система направленного бурения, содержащая вышеописанную направляющую систему, двигатель для приведения во вращение первого корпуса направляемой системы и буровое долото, прикрепленное ко второму корпусу.

Далее изобретение будет описано в качестве примера со ссылкой на приложенные чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 является схематическим видом системы направленного бурения, включающей в себя направляющую систему одного варианта осуществления изобретения;

фиг.2 является видом увеличенного сечения, иллюстрирующим систему на фиг.1.

На приложенных чертежах проиллюстрирована система направленного бурения скважины. Система содержит буровую колонну 10, поддерживающую несколько скважинных компонентов. Буровая колонна 10 поддерживается на поверхности буровой вышкой, выполняющей как функцию поддержки, так и вращения буровой колонны 10.

Буровая колонна 10 несет несколько промежуточных стабилизирующих узлов 12 и на своем нижнем конце несет компоновку 14 низа буровой колонны. Компоновка 14 низа бурильной колонны включает в себя скважинный двигатель 16, направляющую систему 18 и буровое долото 20. При использовании двигатель 16 приводит во вращение буровое долото 20. Вращение бурового долота 20 в комбинации с весом, приложенным к буровому долоту, заставляет буровое долото 20 цеплять, скрести или сдирать материал формации, в которой формируется скважина, углубляя скважину.

Несмотря на то, что проиллюстрированная компоновка использует скважинный двигатель, возможны компоновки, в которых буровое долото приводится в движение вращением буровой колонны.

Работа направляющей системы 18 гарантирует, что во время проведения бурения буровое долото 20 удерживается в желаемой ориентации, управляя, таким образом, направлением, в котором проходит скважина.

Как показано на фиг.2, направляемая система 18 содержит первый вращающийся корпус 22, соединенный с выходом скважинного двигателя 16 для приведения им во вращение. Второй вращающийся корпус 24 подсоединен к первому корпусу 22 с помощью регулируемого соединения 26, например, в форме карданного шарнира или вертлюга. Соединение 26 включает в себя частично сферический опорный подшипник 28, позволяющий передавать нагрузки в осевом направлении от первого корпуса 22 ко второму корпусу 24, одновременно позволяя регулировать угол оси 24а второго корпуса 24 относительно первого корпуса 22.

Разъемная компоновка передачи вращающего момента в форме кулачковой муфты 30 расположена между первым и вторым корпусами 22, 24 так, что, когда требуется, вращение первого корпуса 22 вокруг его оси может быть передано второму корпусу 24, при этом отключение кулачковой муфты 30 позволяет первому корпусу 22 вращаться независимо от второго корпуса 24.

Осевой канал 32 проходит через первый корпус 22 и соединение 26 к каналу 34, выполненному во втором корпусе 24 для перемещения бурового раствора через направляющую систему 18.

Стабилизирующий кожух 36 окружает часть первого корпуса 22. Кожух 26 упирается в стенку скважины и остается практически зафиксированным от вращения при работе. Кожух 36 прикреплен к первому корпусу 22 с помощью подшипников 38, которые также служат уплотнениями, позволяя первому корпусу 22 вращаться, в то время как кожух 36 остается зафиксированным от вращения. Кожух 36 и первый корпус 22 вместе образуют камеру 40, внутри которой расположен кулачковый элемент в форме наклонного диска 42. Наклонный диск 42 закреплен шпонкой 20 и/или шлицем на кожухе 36 так, что при нормальном использовании он удерживается от вращения. Особенностью соединения между наклонным диском 42 и корпусом 36 является то, что угловая ориентация наклонного диска 42 может регулироваться. Сферический подшипник 44 размещен между внутренней частью наклонного диска 42 и смежной частью первого корпуса 22 для обеспечения такого перемещения, одновременно удерживая наклонный диск 42. Набор линейных приводов 46 смонтирован на кожухе 36 и касается наклонного диска 42, при этом линейные приводы 46 способны работать под управлением подходящей системы управления (не показана) для регулирования ориентации наклонного диска 42 по отношению к кожуху 36. Линейные приводы 46 могут принимать множество форм. Например, они могут иметь электрический или электромагнитный привод или, в качестве альтернативы, они могут иметь гидравлический привод.

Другая сторона наклонного диска 42, по отношению к той, которая взаимодействует с линейными приводами 46, контактирует с набором кулачковых следящих элементов 48. Каждый из следящих элементов 48 содержит следящий поршень 50 сравнительно маленького диаметра, который опирается на наклонный диск 42 и может совершать возвратно-поступательные движения в соответствующем канале 52, образованном в первом корпусе 22. Отверстие 52 открывается в отверстие 54 большего диаметра, в котором может совершать возвратно-поступательные движения ведущий поршень большего диаметра. С такой компоновкой движение следящего поршня 50 следящего элемента вызывает движение связанного с ним ведущего поршня 56 в том же направлении. Ведущий поршень 56 будет двигаться на меньшее расстояние, чем следящий поршень 50, но способен прилагать большую силу вследствие увеличения выигрыша в силе.

Набор толкающих штанг 58 опирается на ведущие поршни 56, передавая их движение второму корпусу 24.

При использовании в положении, показанном на фиг.2, наклонный диск 42 находится под углом относительно первого корпуса 22, и второй корпус 24 наклонен относительно первого корпуса 22 в том же направлении, что и наклонный диск 42, но на меньший угол. Из этого положения вращение первого корпуса 22 вследствие работы двигателя 16 заставляет следящие поршни 50 подниматься вверх и над наклонным диском 42, при этом каждый из поршней 50 толкается дальше в соответствующие каналы 52 вследствие их движения над наклонным диском 42. Движение следящих поршней 50 передается при помощи текучей среды в каналах 52, 54 связанным с ними ведущим поршням 56, выдвигая толкающие штанги 58 и заставляя второй корпус 24 наклоняться относительно соединения 26. Достигаемое наклонное движение второго корпуса 24 приводит в движение штанги 58 и приводит в обратное движение поршни 56, 50 на диаметрально противоположной стороне направляемой системы в направлении втянутого положения. Следует понимать, что это действие гарантирует, что ось вращения 24а второго корпуса 24 удерживается практически неподвижно в пространстве во время вращения первого и второго корпусов 22, 24. Следовательно, буровое долото 20 удерживается в требуемой ориентации во время осуществления бурения.

Необходимая регулировка положения наклонного диска 42 с помощью линейных приводов 46 может быть использована для регулирования степени наклона второго корпуса 24 относительно первого корпуса 22 и для регулирования направления или ориентации оси вращения 24а второго корпуса 24 относительно первого корпуса 22. Следует понимать, что путем необходимого управления положением наклонного диска с использованием линейных приводов 46 можно управлять направлением бурения направляемой буровой системы.

Выигрыш в силе благодаря особенности средства кулачкового следящего элемента гарантирует, что сила достаточно большой величины будет доступна для отклонения или наклонения второго корпуса 24 в требуемое направление, даже когда прилагается большая нагрузка, препятствующая такому движению.

Следует понимать, что широкий диапазон модификаций и изменений может быть выполнен для описанной выше компоновки без выхода из объема изобретения.