Роторная управляемая система с изменяемым усилием отталкивания от стенки скважины

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к буровой технике и может быть использована в составе компоновок низа бурильной колонны при бурении наклонно-направленных, горизонтальных и многозабойных скважин роторным способом.
Уровень техники
Известны различные роторные управляемые системы. Наиболее близким по технической сущности к настоящему решению является роторная управляемая система, описанная в патенте US10113363 В2, 30.10.2018. Известная роторная управляемая система представляет собой модуль отклонителя, в котором установлены три отклоняющих актуатора, предназначенные для отклонения модуля отклонителя от стенки скважины во время бурения. При бурении скважины модуль отклонителя вращается вокруг своей продольной оси, и при нахождении актуатора в необходимом положении, он отклоняет модуль отклонителя в заранее заданную сторону, тем самым осуществляется изменение направления бурения. Указанные актуаторы приводятся в действие гидравлической жидкостью давление которой создается гидравлическим насосом. К каждому из актуаторов давление гидравлической жидкости подают гидравлические клапана, которые имеют два фиксированных положения - это открыто и закрыто, тем самым получается, что актуатор всегда находится в положении или открытом или закрытом. Для предотвращения скачков давления гидравлической жидкости в модуле отклонителя установлен перепускной клапан, настройки которого невозможно изменять во время работы модуля отклонителя в скважине.
Недостатком указанного ближайшего технического решения является отсутствие возможности изменения давления гидравлической жидкости, приводящей в движение актуаторы, тем самым нет возможности изменять усилие отталкивания модуля отклонителя от ствола скважины, что особенно важно при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин в сложных геологических условиях с пластами слабосцементированных горных пород низкой плотности.
Заявленное решение устраняет указанные недостатки и позволяет достичь заявленный технический результат.
Раскрытие полезной модели
Технической задачей, которую решает предлагаемое решение, является создание роторной управляемой системы с изменяемым усилием отталкивания от стенки скважины путем обеспечения возможности изменения давления гидравлической жидкости, приводящей в движение актуаторы модуля отклонителя.
Технический результат заключается в обеспечении возможности изменения давления гидравлической жидкости, приводящей в движение актуаторы модуля отклонителя и тем самым возможности изменения усилия отталкивания модуля отклонителя от стенки скважины.
Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата роторная управляемая система содержит связанные между собой блок отклонителя, включающий в себя по меньшей мере один отклоняющий актуатор, блок гидравлических клапанов, гидравлический насос, электрический генератор, блок силового регулятора электропитания, блок батарей электропитания, блок управления, причем в блоке гидравлических клапанов дополнительно установлен клапан регулировки давления, выполненный с возможностью изменения давления гидравлической жидкости, приводящей в движение по меньшей мере один отклоняющий актуатор.
Клапан регулировки давления установлен в блоке гидравлических клапанов между перепускным клапаном и клапаном управления.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - роторная управляемая система, согласно уровню техники;
Фиг. 2 - блок гидравлических клапанов роторной управляемой системы, согласно уровню техники;
Фиг. 3 - роторная управляемая система, согласно заявленному решению;
Фиг. 4 - блок гидравлических клапанов роторной управляемой системы, согласно заявленному решению.
Осуществление полезной модели
Заявленная роторная управляемая система выполнена с возможностью установки в компоновку низа бурильной колонны и включает в себя блок отклонителя, содержащего в себе по меньшей мере один отклоняющий актуатор, предназначенный для отталкивания компоновки низа бурильной колонны от стенки скважины и создания нагрузки на боковую поверхность долота с целью изменения направления бурения скважины, гидравлическую секцию с блоком гидравлических клапанов, выполненных с возможностью управления по меньшей мере одним отклоняющим актуатором (башмаком, лопаткой) и давлением рабочей жидкости, и с гидравлическим насосом для создания давления рабочей жидкости, приводящей в движение по меньшей мере один отклоняющий актуатор, секцию генераторную с электрическим генератором, предназначенным для выработки электрической энергии от потока буровой жидкости, блок силового регулятора электропитания, предназначенный для преобразования электрической энергии, вырабатываемой электрическим генератором, а также для управления блоком (набором) гидравлических клапанов, отклоняющих по меньшей мере один отклоняющий актуатор, установленных в блоке отклонителя, блок управления, предназначенный для формирования управляющих сигналов на блок силового регулятора электропитания для включения и выключения блока гидравлических клапанов, установленных в блоке отклонителя, блок батарей электропитания, предназначенный для питания электрической энергией роторной управляемой системы в моменты, когда отсутствует поток буровой жидкости.
Блок гидравлических клапанов состоит из перепускного клапана, предназначенного для ограничения максимального давления рабочей жидкости, приводящей в движение по меньшей мере один отклоняющий актуатор, по меньшей мере одного клапана управления по меньшей мере одним отклоняющим актуатором, клапана регулировки давления, предназначенного для уменьшения давления рабочей жидкости, который обеспечивает изменение давления рабочей жидкости, приводящей в движение по меньшей мере один отклоняющий актуатор для создания оптимального усилия отталкивания роторной управляемой системы от стенки скважины.
На фигурах 1 и 2 показана известная из уровня техники роторная управляемая система и ее блок гидравлических клапанов, являющихся наиболее близкими к заявленному техническому решению. Известная роторная управляемая система представляет собой модуль отклонителя 110, в котором установлены три отклоняющих актуатора 175, предназначенные для отклонения модуля отклонителя 110 от стенки скважины во время бурения. При бурении скважины модуль отклонителя 110 вращается вокруг своей продольной оси 8, и при нахождении актуатора 175 в необходимом положении, он отклоняет модуль отклонителя 110 в заранее заданную сторону, тем самым осуществляется изменение направления бурения. Указанные актуаторы 175 приводятся в действие гидравлической жидкостью, давление которой создается гидравлическим насосом. К каждому из актуаторов 175 давление гидравлической жидкости подают гидравлические клапана 120 (фиг.2), которые имеют два фиксированных положения - открыто и закрыто, тем самым получается, что актуатор всегда находится в открытом или закрытом положении. Для предотвращения скачков давления гидравлической жидкости в модуле отклонителя установлен перепускной клапан 144 настройки которого невозможно изменять во время работы модуля отклонителя в скважине, в следствии чего отсутствует возможность изменения давления гидравлической жидкости, приводящей в движение актуаторы, нет возможности изменять усилие отталкивания модуля отклонителя от стенки скважины, что особенно важно при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин в сложных геологических условиях с пластами слабосцементированных горных пород низкой плотности.
Главным отличием заявленной системы от известной, за счет которого решается поставленная задача и достигается заявленный технический результат, является то, что в заявленном решении в блок гидравлических клапанов введен клапан регулировки давления, позволяющий изменять (регулировать) давление гидравлической жидкости от максимального значения, ограниченного установленным давлением перепускного клапана, до нуля, обеспечивая возможность изменять усилие отталкивания модуля отклонителя от стенки скважины, что особенно важно при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин в сложных геологических условиях с пластами слабосцементированных горных пород низкой плотности.
На фиг.3 показан общий вид роторной управляемой системы с изменяемым усилием отталкивания от стенки (ствола) скважины, согласно настоящему решению, состоящей из находящихся в конструктивном и функциональном единстве, соединенных сборочными операциями, элементов. Роторная управляемая система состоит из блока отклонителя 1, который содержит по меньшей мере один отклоняющий актуатор 2, приводящийся в действие гидравлической жидкостью от гидравлического насоса, находящихся в гидравлической секции 3. В роторной управляемой системе с изменяемым усилием отталкивания от стенки скважины также находится: секция генераторная 4, предназначенная для выработки электрической энергии от потока буровой жидкости; блок силового регулятора электропитания 5, предназначенный для преобразования электрической энергии, вырабатываемой электрическим генератором, а также для управления блоком гидравлических клапанов, отклоняющих по меньшей мере один актуатор, установленный в блоке отклонителя 1; блок управления 6, предназначенный для формирования управляющих сигналов на блок силового регулятора электропитания 5 для включения и выключения блока гидравлических клапанов, установленных в блоке отклонителя 1; блок батарей электропитания 7, предназначенный для питания электрической энергией роторной управляемой системы в моменты, когда отсутствует поток буровой жидкости.
На фиг.4 показано схематическое изображение гидравлической секции 3. Гидравлическая секция 3 состоит из гидравлического насоса 8, который находится на одном валу с генератором, находящимся в секции генераторной, и вращается от потока буровой жидкости. При вращении вала гидравлического насоса 8 гидравлическая жидкость поступает к перепускному клапану 9, который ограничивает давление гидравлической жидкости от возможных скачков давления. После перепускного клапана 9 гидравлическая жидкость поступает к клапану регулировки давления 10, который позволяет изменять давление гидравлической жидкости от максимального значения, ограниченного установленным давлением перепускного клапана 9, до нуля. После клапана регулировки давления 10 гидравлическая жидкость поступает к по меньшей мере одному клапану управления 11, который открывает подачу гидравлической жидкости к актуатору по напорному каналу 12.
Управление клапаном регулировки давления, а также управление режимами работы роторной управляемой системы и направлением бурения скважины осуществляется с поверхности с помощью протокола передачи нисходящих команд, который определяется созданием переменной последовательности включения/выключения насосов буровой установки и выполнением оборотов бурового инструмента ротором буровой установки, роторная управляемая система самостоятельно распознает наличие циркуляции бурового раствора, вращения бурильного инструмента и алгоритм переключения режима работы, при совпадении алгоритма нисходящей команды с запрограммированным в роторной управляемой системе алгоритмом переключения режима работы или направления бурения происходит переключение.
Выполнение роторной управляемой системы вышеуказанным образом повышает эффективность работы и использования роторной управляемой системы, обеспечивает возможность изменения (регулирования) давления гидравлической жидкости, приводящей в движение актуаторы модуля отклонителя и тем самым обеспечивает возможность изменения усилия отталкивания модуля отклонителя от стенки скважины, что особенно важно при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин в сложных геологических условиях с пластами слабосцементированных горных пород низкой плотности.