Ориентаторы гидромеханического типа

Гидромеханический ориентатор ОШГ (ориентатор шариковый гидравлический) создан под руководством В.И.Власюка для производства работ по направленному бурению горизонтальный скважин (рис. 4.12). Диаметр ориентатора 57мм, погрешность ориентирования ±4⁰, перепад давления промывочной жидкости 3-5МПа.

Ориентатор устанавливается непосредственно в бурильную колонну над отклонителем и позволяет при включенном насосе и повороте бурильной колонны добиться нужного положения отклонителя в скважине, ориентируясь на измененияе давления промывочной жидкости по показаниям манометра, установленного на линии нагнетания жидкости в скважину.

Сигналом верного ориентирования будет некоторое заданное повышение давления промывочной жидкости в системе «колонна - скважина».

Ориентатор ОШГ включает корпус 1, верхний и нижний переходники 2, поршень 3 с резиновыми уплотнениями и кольцевой проточкой для размещения шарика 4, втулку 5 с продольным пазом, шириной равной диаметру шарика 4, пружину 6, дроссель 7 и шайбу 8 с конусным наконечником.

На рисунке 4.13 показана втулка 5 ориентатора ОШГ с шариком.

Рисунок 4.12 Ориентатор ОШГ

Рисунок 4.13 Втулка с шариком ориентатора ОШГ

Ориентатор работает следующим образом.

На поверхности производится настройка ориентатора на заданный угол установки. С этой целью на корпусе 1 ориентатора напротив паза во втулке 5 сделана метка, которая позволяет установить отклонитель под заданным углом установки по отношению к ориентатору.

Например, угол установки отклонителя, равный 0⁰, будет в том случае, если направление действия ложка 1 клинового отклонителя совпадает с меткой 3 на корпусе ориентатора (рис.4.14, а). Угол установки, равный, например, - 145⁰ (рис.4.14, б) будет в том случае, если вектор направления действия отклонителя провернуть влево от нулевой метки 3 на корпусе ориентатора на угол 145⁰. Отклонитель присоединяется в правому переходнику 2, а ориентатор с отклонтелем к колонне бурильных труб левым переходником 2 (рис.4.12). После спуска в скважину и размещения отклонителя над забоем включается буровой насос, оборудованный манометром. Под давлением жидкости поршень 3 перемещается и сжимает пружину 6.

Перемещение поршня 3 ограничивается шариком 4, который упирается в торец втулки 5. При этом шарик 4 занимает положение в кольцевой проточке поршня 3 и свободно в ней перемещается, что приводит к тому, что шарик 4 занимает под действием силы тяжести самое нижнее положение в корпусе 1 ориентатора. При вращении колонны бурильных труб с ориентатором периодически включая и отключая буровой насос, добиваются положения, при котором шарик оказывается напротив паза втулки 5 (рис.4.12, 4.13). В этот момент шарик 4 входит в паз втулки 5, поршень 3, не имея ограничения смещению, перемещается в направлении шайбы 8, а конусный наконечник входит в отверствие поршня 3, но, не закрывая отверстия полностью. Соответственно, с уменьшением площади канала течения жидкости через поршень 3, возрастает давление промывочной жидкости, фиксируемое манометром, что и служит сигналом об ориентировании отклонителя.

Рисунок 4.14 Схемы установки ложка 1 клинового отклонителя относительно нулевой метки ориентатора ОШГ (2 – паз втулки; 3 – метка на корпусе) под углами установки 0⁰ (а) и -145⁰ (б)

Ориентатор АЗОР-57 (автоматический забойный ориентатор – рис.4.15) предназначен для ориентирования отклонителей любого типа при направленном бурении скважин диаметром 59 и 76 мм с зенитными углами от 3⁰ до 60⁰. Ориентирование отклонителя производится за счет его автоматического проворота на заданный угол с помощью винтового механизма в виде стакана 5 с винтовой торцевой поверхностью, взаимодействующей с самоустанавливающимися с апсидальной плоскости шариком 3. Шарик 3 свободно перекатывается по кольцевому каналу, а после установки в апсидальной плоскости фиксируется механизмом, жестко связанным с колонной бурильных труб.

Рисунок 4.15 Схема конструкции ориентатора АЗОР

Таким образом, ориентатор АЗОР является гидромеханическим аналогом механического ориентатора отклоняющего комплекса «КЕДР» (рис.4.6) и, в некоторой степени, близок по конструкции ориентатору ОШГ (рис.4.12). Ориентатор АЗОР включает переходник 1 для соединения ориентатора с отклонителем и переходник 2 для соединения с ориентатора с отклонителем и переходник 2 для соединения с бурильной колонной. Механизм ориентирования включает шарик 3, помещенный в кольцевую проточку вала 4, стакан 5 со скошенной винтовой поверхностью и пазом 6. Стакан 5 соединен с валом 4 фиксатором 7. Над стаканом 5 располагается поршень 8 с гидроуплотнителями, а над поршнем 8 в валу 4 выполнено отверстие 9 для попадания промывочной жидкости в полость над поршнем.

Установившийся в апсидальной плоскости шарик 3 фиксируется в корзине 10, которая жестко связана с корпусом ориентатора 11 и соответственно с колонной бурильных труб. Вал 4 опирается на пружину 12, а в нижней части имеет клапан с шариком 13, боковыми отверстиями 14 и резиновыми уплотнениями. Отверстия 14 предназначены для обеспечения циркуляции жидкости после завершения процедуры ориентирования. Для передачи вращающего момента при ориентировании служат шпонки 15 и 16, с помощью которых проворачивается шпоночный вал 17.

Вал 4 может имеет продольный ход на расстояние Н, а шпоночной вал 17 перемещение на расстояние F, которое должно быть равно расстоянию S(F≥S). Расстояние Р должно быть не менее хода стакана 5 с валом 4 на расстояние L. При этом перемещение стакана 5 и вала 4 приводит к сжатию пружины 12 и ходу шпонки 15 по канавке 18 в валу 4. На нижней шейке шпоночного вала 17 нанесена метка «нулевая точка» 21 угла установки отклонителя. Метка 21 нанесена диаметрально противоположно пазу 6 стакана 5. Резьба в полумуфте 19 и резьба 20 в переходнике 1, предназначены для соединения переходника 1 с корпусом ориентатора 11. Соединение резьб 20 и резьбы в полумуфте 19 производится после ориентирования и постановки отклонителя на забой продольным перемещением ориентатора вдоль шпоночного вала 17 в направлении переходника 1 и последующим вращением колонны. После этого можно начинать бурение отклонителем.

Ориентирование отклонителей ориентатором АЗОР осуществляется следующим образом.

Отклонитель соединяют с ориентатором таким образом, чтобы между меткой 21 и плоскостью действия отклонителя, подобно схеме на рис.4.15, был угол, равный углу установки отклонителя, рассчитанный в соответствии с заданием. После этого отклонитель с ориентатором спускают на колонне бурильных труб в скважину и подвешивают над забоем на расстоянии 0,5-1,0м. При спуске ориентатора шарик 3 устанавливается в апсидальной плоскости скважины.

Далее включает буровой насос, и промывочная жидкость поступает в полость вала 4, а затем через отверстие 9 в полость над поршнем 8, вызывая смещение стакана 5 и вала 4. Шарик 3, ориентированный под действием силы тяжести в апсидальной плоскости, также перемещается с валом 4 и попадает в углубление корзины 10. Вал 4 со стаканом 5 перемещаются дальше вниз, и стакан 5 надвигается своей винтовой поверхностью на зафиксированный в корзине 10 шарик 3, что приводит к провороту вала 4 вправо и влево, в зависимости от положения стакана 5 по отношению в шарику 3, до момента попадания шарика 3 в паз 6 стакана 5. Поворот вала 4 передается 1 отклонителю, который, проворачиваясь, устанавливается в заданное в соответствии с углом установки положение.

После попадания шарика 3 в паз 6 вал 4 продолжает движение, что приводит к совмещению отверстий 14 с расширением внутренней полости над шпонояным валом 17. Промывочная жидкость через отверстия 14 начинает поступать в полость шпоночного вала 17 и через отклонитель в забою. Этот момент фиксируется по манометру бурового насоса и является сигналом завершения ориентирования.

После ориентирования отклонитель с ориентатором ставится на забой, ориентатор перемещается вниз, и происходит соединение, а затем и свинчивание резьб переходника 1 и полумуфты 19.

При бурении отклонителем крутящий момент передается через переходник 2, корпус 11 и переходник 1 к отклонителю.

Контрольные вопросы к разделу 4

1. Принцип работы ориентатора ШОК

2. Принцип работы ориентатора ОП

3. Порядок ориентирования отклонителя «КЕДР»

4. Принцип работы ориентатора УШО конструкции КазИМСа

5. Принцип работы ориентатора АЗОР.