Устройство для ориентирования клина-отклонителя в скважине

Полезная модель относится к устройствам для бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для изменения направления бурения, например для забуривания боковых стволов из скважин.
Известен ориентатор-сигнализатор (патент RU №2189428 С2, МПК Е21В 7/06 (2000.01), опубл. 2002), содержащий корпус, имеющий две противоположно направленные винтовые поверхности и опорный бурт, подвижный вал с осевым каналом, радиальными отверстиями и перемычкой, подвижную прижимную втулку, пазы для размещения шарика и шарик, расположенный между корпусом и валом с возможностью взаимодействия с винтовыми поверхностями. Ориентатор-сигнализатор снабжен подвижной втулкой, установленной на валу в месте размещения перемычки, радиальных отверстий и подпружиненной относительно вала в направлении прижимной втулки, в подвижной втулке выполнена расточка для гидравлического соединения полостей над и под перемычкой, пазы для размещения шарика выполнены на верхнем торце подвижной втулки, последний снабжен упорным выступом.
Недостатком такого ориентатора-сигнализатора является сложность конструкции и низкая надежность работы, что объясняется наличием большого количества движущихся и взаимодействующих деталей, двух противоположно направленных винтовых поверхностей. При этом в процессе ориентирования возможно заклинивание шарика при перемещении по винтовым поверхностям, что приводит к ненадежному перекрытию канала подачи рабочей жидкости, свидетельствующему об окончании процесса ориентирования отклонителя.
Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является устройство для ориентирования клина-отклонителя в скважине (патент RU №2368753 С2, МПК Е21В 7/08 (2006.01), опубл. 2009), содержащее корпус, в котором установлен с возможностью продольного перемещения и поворота шток, на боковой поверхности которого выполнен продольный паз для шарика, сообщающийся с камерой для шарика, осевой канал подачи рабочей жидкости, канал в стенке корпуса для сообщения осевого канала с затрубным пространством и узел перекрытия этого канала. Камера для шарика образована перегородкой центрального осевого канала, и цилиндрическим удлинителем.
Такое устройство для ориентирования клина-отклонителя имеет более простую конструкцию и позволяет несколько повысить надежность работы, однако, оно сложно и ненадежно в эксплуатации, а также низка точность настройки положения метки на диске, определяющей заданное положение клина-отклонителя. Это объясняется необходимостью приложения большого крутящего момента при настройке устройства перед спуском в скважину, что приводит к погрешности установки диска с меткой в полом корпусе относительно клина-отклонителя с заданным углом, при котором после спуска устройства в скважину и приведения его в рабочее положение клин-отклонитель занял бы необходимое расчетное положение относительно хвостовика. Кроме того, возможно заклинивание шарика в камере, образованной перегородкой центрального осевого канала, и цилиндрическим удлинителем из-за их возможного перекоса. Необходимость установки штока в корпусе с минимальным зазором может привести к повышению давления и искажению информации о положении элементов устройства и клина-отклонителя в скважине.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение точности настройки и надежности работы за счет надежной, точной настройки относительного углового положения штока и корпуса, определяющего заданное положение клина-отклонителя.
Указанный технический результат достигается усовершенствованием устройства для ориентирования клина-отклонителя в скважине, содержащего корпус, в котором установлен с возможностью продольного перемещения и поворота шток, на боковой поверхности которого выполнен продольный паз для шарика, сообщающийся с камерой для шарика, осевой канал подачи рабочей жидкости, канал в стенке корпуса для сообщения осевого канала с затрубным пространством и узел перекрытия этого канала.
Это усовершенствование состоит в том, что камера образована кольцевой канавкой на боковой поверхности штока, осевой канал подачи рабочей жидкости выполнен в виде полости в штоке, полость штока соединена каналом с полостью корпуса, а узел перекрытия канала выполнен в виде поршня, установленного на штоке и подпружиненного относительно него.
Такое конструктивное выполнение устройства позволяет повысить точность настройки и надежность работы за счет надежной, точной настройки относительного углового положения штока и корпуса, определяющего заданное положение клина-отклонителя.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 изображено продольное сечение устройства в положении подачи рабочей жидкости в затрубное пространство, на фиг. 2 - в положении перекрытия подачи рабочей жидкости в затрубное пространство.
Устройство для ориентирования клина-отклонителя (не показан) в скважине содержит корпус 1, в котором установлен с возможностью продольного перемещения и поворота шток 2, на боковой поверхности которого выполнен продольный паз 3 для шарика 4. Паз 3 имеет возможность сообщения с камерой для шарика 4, образованной кольцевой канавкой 5 на боковой поверхности штока 2 и внутренней боковой поверхностью корпуса 1. Осевой канал подачи рабочей жидкости выполнен в виде полости 6 в штоке 2, которая соединена каналом 7 с полостью 8 корпуса 1, канал 9 в стенке корпуса 2 сообщает (через полость 8) полость 6 штока 3 с затрубным пространством скважины (не показано). Узел перекрытия канала 7 выполнен в виде поршня 10, установленного на штоке 3 и подпружиненного пружиной 11 относительно штока 2. Устройство работает следующим образом.
Определяют исходное положение ложки клина-отклонителя и наносят метку на корпусе 1 устройства. Клин-отклонитель, установленный в нижней части устройства, жестко связан с корпусом 1 и имеет возможность совместного с корпусом 1 вращения относительно штока 2.
Перед спуском устройства в скважину производят его настройку. Для этого относительным поворотом корпуса 1 и штока 2 метку устанавливают относительно ложки клина-отклонителя под заданным углом, при котором после спуска устройства в скважину и приведения его в рабочее положение клин-отклонитель занял бы заданное расчетное положение относительно апсидальной плоскости ствола скважины.
Устройство на колонне труб спускают в скважину на заданную глубину, включают насос и осуществляют подачу рабочей жидкости в полость 6 штока 1, далее рабочая жидкость по каналу 7 подается в полость 8 корпуса 1 и по каналу 9 в затрубное пространство скважины. При этом шарик 4, находящийся в кольцевой канавке 5, препятствует осевому перемещению штока 2 относительно корпуса 1. После появления циркуляции останавливают прокачку рабочей жидкости и, повернув корпус 1 устройства, например, на 10°, включают насос и повторяют эти операции до момента, когда положение продольного паза 3 совпадет с положением шарика 4, постоянно находящегося за счет сил гравитации в нижней части кольцевой канавки 5. В этом случае шарик 4 заходит в продольный паз 3, и шток 2 перемещается относительно поршня 10, который при этом перекрывает канал 8 сообщения с затрубным пространством. В результате прекращается циркуляция рабочей жидкости и давление в нагнетательной линии растет, что свидетельствует об окончании процесса ориентирования и установке клина-отклонителя в требуемое заданное положение относительно апсидальной плоскости ствола скважины.
Таким образом, использование заявляемой конструкции устройства для ориентирования клина-отклонителя позволяет повысить точность настройки и надежность работы за счет надежной, точной настройки относительного углового положения штока и корпуса, определяющего заданное положение клина-отклонителя.