Устройство для направленного бурения ствола скважины

Полезная модель относится к области бурения грунта, а именно к устройствам для изменения направления буровой скважины.
Известна система направленного бурения (патент RU 2452839, МПК Е21В 7/08 (2006.01), опубл. 10.06.2012 г.), содержащая компоновку низа буровой колонны, включающую в себя верхнюю секцию и секцию управления, вертлюг, позволяющий регулировку ориентации оси секции управления относительно оси верхней секции, скважинный двигатель, приводящий во вращение секцию управления относительно верхней секции, и множество приводов, управляющих ориентацией оси секции управления относительно оси верхней секции, смонтированных на одной из секций управления и верхней секции и предназначенных для воздействия на другую из секций управления и верхнюю секцию.
Недостатком такой системы является ее сложность, что объясняется наличием привода вращения секции управления относительно верхней секции, сложность эксплуатации и низкая точность направления бурового инструмента из-за необходимости синхронизации работы привода вращения секции управления и множества приводов, управляющих ориентацией оси секции управления относительно оси верхней секции.
Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является устройство для направленного бурения ствола скважины (патент RU 2603148, МПК Е21В 7/08 (2006.01), опубл. 20.11.2016 г.), содержащее невращающийся корпус, в котором расположены вал бурового долота и узел отклонения вала долота, содержащий привод, выходное звено которого соединено последовательно с передаточным механизмом и механизмом углового отклонения вала долота с клиновой парой возвратно-поступательного движения, один элемент которой соединен с передаточным механизмом, а второй - с валом долота.
Такое устройство содержит невращающийся корпус, что позволяет несколько упростить эксплуатацию и повысить точность направления бурового инструмента при его отклонении в плоскости отклонения оси вала долота. Однако при пространственном изменении положения оси вала долота для настройки отклонения необходимо повернуть корпус на требуемый угол, например, роторным приводом для установки плоскости отклонения оси вала долота в заданное угловое положение, после чего осуществить заданное угловое отклонение оси вала долота. При этом вращение вала долота при бурении осуществляется винтовым забойным двигателем, что усложняет конструкцию устройства и его эксплуатацию.
Технической проблемой, решаемой предлагаемой полезной моделью, является повышение точности пространственной ориентации вала долота, упрощение конструкции устройства и его эксплуатации.
Поставленная техническая проблема решается усовершенствованием устройства для направленного бурения ствола скважины, содержащего невращающийся корпус, в котором расположены вал бурового долота и узел отклонения вала долота, содержащий привод, выходное звено которого соединено последовательно с передаточным механизмом и механизмом углового отклонения вала долота с клиновой парой возвратно-поступательного движения, один элемент которой соединен с передаточным механизмом, а второй - с валом долота.
Это усовершенствование заключается в том, что устройство снабжено, как минимум, двумя дополнительными приводами узла отклонения вала долота, каждый из которых соединен последовательно с дополнительным передаточным механизмом и механизмом углового отклонения вала долота.
Такое конструктивное выполнение устройства позволяет без поворота корпуса осуществить точную пространственную ориентацию вала долота за счет углового смещения вала долота при синхронной работе идентичных приводов, что упрощает конструкцию устройства и его эксплуатацию.
Приводы узла отклонения долота могут быть расположены равномерно по окружности с центром на оси вала долота, что повышает точность и упрощает пространственную ориентацию вала долота.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 изображено заявляемое устройство (продольный разрез), на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.
Устройство для направленного бурения ствола скважины содержит невращающийся корпус 1, в котором расположены вал 2 бурового долота 3 и узел отклонения вала долота, содержащий привод 4, выходное звено которого соединено последовательно с передаточным механизмом 5 и механизмом углового отклонения вала долота с клиновой парой возвратно-поступательного движения, один элемент 6 которой соединен с передаточным механизмом 5, а второй элемент 7 - с валом 2 долота 3. Устройство снабжено, как минимум, двумя дополнительными приводами 8 и 9 узла отклонения вала 2 долота 3, каждый из которых соединен последовательно с дополнительным передаточным механизмом и механизмом углового отклонения вала 2 долота 3. Каждый механизм углового отклонения вала 2 имеет клиновую пару возвратно-поступательного движения, один элемент 10 и 11 которой соединен с соответствующим передаточным механизмом, а второй 12 и 13 - с валом 2 долота 3. В приведенном варианте приводы 4, 8 и 9 узла отклонения вала 2 долота 3 расположены равномерно по окружности с центром на оси вала 2 долота 3. Позицией 14 обозначен карданный вал, позицией 15 - шарнирное соединение карданного вала с валом 2 бурового долота 3. В качестве приводов 4, 8 и 9 узла отклонения вала 2 долота 3 использованы электродвигатели.
Устройство для направленного бурения ствола скважины соединяют с низом бурильной колонны через телеметрическую систему (не показана). Для вращения вала 2 долота можно использовать как винтовой забойный двигатель, так и роторный привод (не показаны). При бурении прямого участка напряжение на приводы 4, 8 и 9 не подается.
При получении сигнала от телеметрической системы на изменение направления бурения блоком управления (не показан) подают напряжение соответствующей полярности на приводы 4, 8 и 9. Вращение выходного звена каждого двигателя 4, 8 и 9 соответствующим передаточным механизмом преобразуется в поступательное перемещение элементов 6, 10 и 11, которые, взаимодействуя с соответствующими элементами 7, 12 и 13, отклоняют вал 2 долота 3 на требуемый угол, изменяя пространственное положение его оси.
Таким образом, использование заявляемой полезной модели позволяет повысить точность пространственной ориентации вала долота, упростить конструкцию устройства и его эксплуатацию.