Патент на изобретение №2285106

(54) ШАРНИРНАЯ МУФТА ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ С ЗАБОЙНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к устройствам для бурения наклонно-направленных нефтяных и газовых скважин, а именно к шарнирным муфтам для соединения бурильной колонны с забойным двигателем. Шарнирная муфта для соединения бурильной колонны с забойным двигателем содержит торцовую полумуфту, переходник, полый вал со сферической опорной пятой и резьбовым хвостовиком, сферические подпятники, герметизирующие уплотнения, контактирующие со сферической опорной пятой полого вала, а также установленную на полом валу кулачковую полумуфту, причем торцовая полумуфта и кулачковая полумуфта снабжены контактирующими элементами для передачи крутящего момента, выполненными в виде выступов и пазов. Сферическая опорная пята полого вала закреплена в полом корпусе, установленном между переходником и торцовой полумуфтой, одна сторона которой содержит контактирующие элементы, расположенные в параллельных относительно ее центральной оси плоскостях, другая сторона торцовой полумуфты содержит контактирующие элементы, равнорасположенные в окружном положении относительно ее центральной оси, а ответные контактирующие элементы расположены соответственно на кулачковой полумуфте и на полом корпусе, при этом центральная ось полого вала со сферической опорной пятой, резьбовым хвостовиком и установленной на полом валу кулачковой полумуфтой составляет относительно центральной оси полого корпуса и скрепленного с ним резьбой переходника, при минимальном отклонении, угол перекоса, равный 10% от максимального угла отклонения центральной оси полого вала и установленной на полом валу кулачковой полумуфты. Обеспечивает повышение точности проходки наклонно-направленных скважин, повышение темпа набора параметров кривизны скважин, а также улучшение проходимости, т.е. уменьшение сопротивления и напряжений в компоновке низа бурильной колонны. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин, а именно к шарнирным муфтам для соединения бурильной колонны с забойным двигателем.

Известен шарнирный отклонитель компоновки бурильной колонны, содержащий, по меньшей мере, два трубчатых элемента, концы которых с радиальным зазором коаксиально размещены по отношению друг к другу и соединены между собой шарниром в виде двух аксиально установленных ступенчатых пальцев, размещенных в радиальных отверстиях трубчатых элементов, и уплотнение упомянутого зазора [1].

В известной конструкции уплотнение выполнено в виде гибкого цилиндрического элемента, размещенного в полостях трубчатых элементов с уплотнением своих концов по внутренним поверхностям соответствующих трубчатых элементов, причем ступени большего диаметра пальцев обращены к оси трубчатых элементов с возможностью взаимодействия с наружной поверхностью цилиндрического элемента.

Недостатком известной конструкции является отсутствие регулировки в окружном положении ее одноплоскостного изгиба относительно плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе, по существу, относительно плоскости искривления изогнутой колонны бурильных труб, что объясняется различным окружным положением конической резьбы по краям трубчатых элементов 1 и 2 при их свинчивании с моментом затяжки в компоновке низа бурильной колонны.

Другим недостатком известной конструкции является отсутствие направленного одноплоскостного изгиба бурильной колонны в месте ее соединения с забойным двигателем в плоскости искривления колонны бурильных труб, по существу, в плоскости искривления косого переводника, устанавливаемого в забойном двигателе.

Направленный одноплоскостной изгиб бурильной колонны в месте ее соединения с забойным двигателем необходим для уменьшения напряжений в компоновке низа бурильной колонны при ее вращении во время прохождения прямолинейных участков (участков стабилизации) наклонно направленной скважины, например, при опускании колонны бурильных труб в скважину с направленным (без изменения знака) изгибом колонны бурильных труб в месте изгиба скважины.

Известен шарнирный переводник, содержащий корпус и полый вал со сферической опорной пятой, снабженные контактирующими элементами для передачи крутящего момента, например зубьями, сферические подпятники, установленные в корпусе, и уплотнительный элемент [2].

Известный шарнирный переводник снабжен установленным в корпусе полым штоком с уплотнением, хвостовик которого размещен в полости полого вала, а уплотнительный элемент размещен на хвостовике штока на расстоянии не более ¹/₄ радиуса уплотняемой поверхности от плоскости, проходящей через центр сферы опорной пяты и перпендикулярной оси полого вала.

Недостатком известной конструкции является малый угол отклонения полого вала 2 относительно корпуса 1, по существу, не более одного градуса в угловом измерении, вследствие того, что полый вал 2 имеет сферическую опорную пяту 3, на которой выполнены наружные зубья 4, находящиеся в зацеплении с внутренними зубьями корпуса 5.

Другим недостатком известной конструкции является отсутствие регулировки в окружном положении ее изгиба относительно плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого) переводника, устанавливаемого в забойном двигателе, по существу, относительно плоскости искривления изогнутой колонны бурильных труб, что объясняется различным окружным положением конической резьбы по краям корпуса 1 и полого вала 2 при их свинчивании с моментом затяжки в компоновке низа бурильной колонны.

Другим недостатком известной конструкции является отсутствие направленного одноплоскостного изгиба бурильной колонны в месте ее соединения с забойным двигателем в плоскости искривления колонны бурильных труб, по существу, в плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе.

Направленный одноплоскостной изгиб бурильной колонны в месте ее соединения с забойным двигателем необходим для уменьшения напряжений в компоновке низа бурильной колонны при ее вращении во время прохождения прямолинейных участков (участков стабилизации) наклонно направленной скважины, например, при опускании колонны бурильных труб в скважину с направленным (без изменения знака) изгибом колонны бурильных труб в месте изгиба скважины.

Известен шарнир бурильной колонны, включающий ниппель со сферическим торцом, полусферическими пазами и резьбовым соединительным участком для связи с бурильной колонной, муфту с ответным сферическому торцу ниппеля раструбом, полумуфту с полусферическими пазами, шары, расположенные в плоскостях, образованных совмещенными полусферическими пазами ниппеля и полумуфты, и уплотнительные элементы [3].

В известной конструкции полусферические пазы в ниппеле и полумуфте расположены на горизонтальной плоскости, проходящей через центр сфер шарнира, причем диаметр d₁ шаров и диаметр d₂ плоскости, образованной совмещенными полусферическими пазами ниппеля и полумуфты, выбираются из соотношения

где R – радиус сферы шарнира; – угол искривления шарнира.

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность при свинчивании колонны бурильных труб вследствие недостаточной контактной прочности элементов, передающих крутящий момент: шаров 6 в тороидальных пазах в тороидальной плоскости b, полусфер в ниппеле 2 и полумуфте 4.

Другим недостатком известной конструкции является отсутствие регулировки в окружном положении ее изгиба относительно плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе, по существу, относительно плоскости искривления изогнутой колонны бурильных труб, что объясняется различным окружным положением резьбы по краям ниппеля 2, бурильной трубы 1 и бурильной трубы 3 при их свинчивании с моментом затяжки в компоновке низа бурильной колонны.

Другим недостатком известной конструкции является отсутствие направленного одноплоскостного изгиба бурильной колонны в месте ее соединения с забойным двигателем в плоскости искривления колонны бурильных труб, по существу, в плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе.

Направленный одноплоскостной изгиб бурильной колонны в месте ее соединения с забойным двигателем необходим для уменьшения напряжений в компоновке низа бурильной колонны при ее вращении во время прохождения прямолинейных участков (участков стабилизации) наклонно направленной скважины, например, при опускании колонны бурильных труб в скважину с направленным (без изменения знака) изгибом колонны бурильных труб в месте изгиба скважины.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является шарнирная муфта, преимущественно для бурильной колонны, содержащая ниппель со сферической опорной пятой, установленной в плоскости полумуфты между подпятниками, и герметизирующее кольцо, расположенное между полумуфтой и пятой в секторе с наибольшим поперечным сечением между подпятниками [4].

В известной конструкции полумуфта выполнена со сферической проточкой коаксиально сфере пяты в секторе от 10 до 30 градусов для размещения герметизирующего кольца.

Недостатком известной конструкции является отсутствие регулировки в окружном положении ее одноплоскостного изгиба относительно плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе, по существу, относительно плоскости искривления изогнутой колонны бурильных труб, что объясняется различным окружным положением конической резьбы по краям ниппеля 1 и переходника 4 при их свинчивании с моментом затяжки в компоновке низа бурильной колонны.

Другим недостатком известной конструкции является отсутствие направленного одноплоскостного изгиба бурильной колонны в месте ее соединения с забойным двигателем в плоскости искривления колонны бурильных труб, по существу, в плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе.

Направленный одноплоскостной изгиб бурильной колонны в месте ее соединения с забойным двигателем необходим для уменьшения напряжений в компоновке низа бурильной колонны при ее вращении во время прохождения прямолинейных участков (участков стабилизации) наклонно направленной скважины, например, при опускании колонны бурильных труб в скважину с направленным (без изменения знака) изгибом колонны бурильных труб в месте изгиба скважины.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности проходки наклонно направленных и горизонтальных скважин и повышение темпа набора параметров кривизны скважин за счет регулировки в окружном положении одноплоскостного изгиба шарнирной муфты относительно плоскости искривления бурильной колонны, по существу, в плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе.

Другой технической задачей является улучшение проходимости, по существу, уменьшение сопротивления и напряжений в компоновке низа бурильной колонны при ее вращении во время прохождения прямолинейных участков (участков стабилизации) наклонно направленных и горизонтальных скважин за счет направленного изгиба бурильной колонны (без изменения знака и потери устойчивости) в месте ее соединения с забойным двигателем в плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе.

Сущность технического решения заключается в том, что в шарнирной муфте для соединения бурильной колонны с забойным двигателем, содержащей торцовую полумуфту, переходник, полый вал со сферической опорной пятой и резьбовым хвостовиком, сферические подпятники, герметизирующие уплотнения, контактирующие со сферической пятой полого вала, а также установленную на полом валу кулачковую полумуфту, причем торцовая полумуфта и кулачковая полумуфта снабжены контактирующими элементами для передачи крутящего момента, выполненными в виде выступов и пазов, согласно изобретению, сферическая опорная пята полого вала закреплена в полом корпусе, установленном между переходником и торцовой полумуфтой, одна сторона которой содержит контактирующие элементы, расположенные в параллельных относительно ее центральной оси плоскостях, другая сторона торцовой полумуфты содержит контактирующие элементы, расположенные в окружном положении относительно ее центральной оси, а ответные контактирующие элементы расположены соответственно на кулачковой полумуфте и на полом корпусе, при этом центральная ось полого вала со сферической опорной пятой, резьбовым хвостовиком и установленной на полом валу кулачковой полумуфтой составляет относительно центральной оси полого корпуса и скрепленного с ним переходника, при минимальном отклонении, угол перекоса, равный 10% от максимального угла отклонения центральной оси полого вала и установленной на полом валу кулачковой полумуфты.

Сферический подпятник выполнен с продольным разъемом вдоль центральной оси полого корпуса, при этом максимальное угловое отклонение полого вала и установленной на нем кулачковой полумуфты относительно полого корпуса ограничивает внутренняя стенка сферического подпятника, а минимальное угловое отклонение полого вала и установленной на нем кулачковой полумуфты относительно полого корпуса ограничивают контактирующие между собой элементы полого корпуса, кулачковой и торцовой полумуфт за счет упора торцов направленных друг к другу выступов и пазов.

Максимальный и соответственно минимальный углы отклонения центральной оси полого вала со сферической опорной пятой и резьбовым хвостовиком, а также центральной оси установленной на полом валу кулачковой полумуфты относительно полого корпуса, скрепленного резьбой с переходником, составляют 5 градусов и соответственно ноль градусов 30 минут.

Кулачковая полумуфта выполнена с внутренней резьбой, скреплена с резьбовым хвостовиком полого вала и герметично уплотнена их контактирующими торцами, при этом на наружной поверхности кулачковой полумуфты со стороны, в которую отклоняется полый вал относительно полого корпуса, выполнена продольная канавка.

Полый вал выполнен с устройством передачи крутящего момента между соединением его резьбового хвостовика и внутренней резьбы кулачковой полумуфты, расположенным со стороны резьбового хвостовика или сферической пяты в виде внутреннего шестигранника.

Выполнение шарнирной муфты для соединения бурильной колонны с забойным двигателем таким образом, что сферическая опорная пята полого вала закреплена в полом корпусе, установленном между переходником и торцовой полумуфтой, одна сторона которой содержит контактирующие элементы, расположенные в параллельных относительно ее центральной оси плоскостях, другая сторона торцовой полумуфты содержит контактирующие элементы, расположенные в окружном положении относительно ее центральной оси, а ответные контактирующие элементы расположены соответственно на кулачковой полумуфте и на полом корпусе, при этом центральная ось полого вала со сферической опорной пятой, резьбовым хвостовиком и установленной на полом валу кулачковой полумуфтой составляет относительно центральной оси полого корпуса и скрепленного с ним переходника, при минимальном отклонении, угол перекоса, равный 10% от максимального угла отклонения центральной оси полого вала и установленной на полом валу кулачковой полумуфты, обеспечивает повышение точности проходки наклонно направленных и горизонтальных скважин и повышение темпа набора параметров кривизны скважин за счет регулировки в окружном положении одноплоскостного изгиба шарнирной муфты относительно плоскости искривления бурильной колонны, по существу, в плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе.

Выполнение шарнирной муфты для соединения бурильной колонны с забойным двигателем таким образом, что сферический подпятник выполнен с продольным разъемом вдоль центральной оси полого корпуса, при этом максимальное угловое отклонение полого вала и установленной на нем кулачковой полумуфты относительно полого корпуса ограничивает внутренняя стенка сферического подпятника, а минимальное угловое отклонение полого вала и установленной на нем кулачковой полумуфты относительно полого корпуса ограничивают контактирующие между собой элементы полого корпуса, кулачковой и торцовой полумуфт за счет упора торцов направленных друг к другу выступов и пазов, обеспечивает точность и стабильность максимального и минимального углового отклонений полого вала и установленной на нем кулачковой полумуфты относительно полого корпуса за счет уменьшения контактных напряжений.

Выполнение максимального и соответственно минимального углов отклонения центральной оси полого вала со сферической опорной пятой и резьбовым хвостовиком, а также центральной оси установленной на полом валу кулачковой полумуфты относительно полого корпуса, скрепленного резьбой с переходником, таким образом, что они составляют 5 градусов и соответственно ноль градусов 30 минут, обеспечивает, в сочетании с определенным углом отклонения регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе, оптимальные углы входа в продуктивный пласт при бурении наклонно направленных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин.

Выполнение кулачковой полумуфты с внутренней резьбой, скрепленной с резьбовым хвостовиком полого вала, герметично уплотненной их контактирующими торцами, а также выполнение на наружной поверхности кулачковой полумуфты со стороны, в которую отклоняется полый вал относительно полого корпуса, скрепленного резьбой с переходником, продольной канавки обеспечивает надежную герметичность соединения при воздействии гидравлических ударов давления бурового раствора и знакопеременных механических нагрузок, а также точное окружное положении одноплоскостного изгиба шарнирной муфты относительно плоскости искривления бурильной колонны, по существу, в плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе.

Выполнение полого вала с устройством передачи крутящего момента между соединением его резьбового хвостовика и внутренней резьбы кулачковой полумуфты, расположенным со стороны резьбового хвостовика или сферической пяты, в виде внутреннего шестигранника уменьшает трудоемкость сборки и повышает надежность шарнирной муфты.

Ниже представлен лучший вариант конструкции шарнирной муфты для соединения колонны бурильных труб с забойным (винтовым героторным гидравлическим) двигателем ДОШ – 172 PC, который предназначен для бурения горизонтальных скважин, имеющих участки малого и среднего радиуса 40…500 м долотами диаметром 215,9 мм с использованием бурового раствора плотностью до 1500 кг/м³ при забойной температуре до 100°С.

На фиг.1 изображена шарнирная муфта для соединения с максимальным углом перекоса бурильной колонны с забойным двигателем, продольный разрез.

На фиг.2 изображена шарнирная муфта для соединения с минимальным углом перекоса бурильной колонны с забойным двигателем, продольный разрез.

На фиг.3 изображен поперечный разрез А-А на фиг.2 соединения контактирующих элементов, равнорасположенных в окружном положении относительно центральной оси торцовой полумуфты.

На фиг.4 изображен поперечный разрез Б-Б на фиг.2 соединения контактирующих элементов, расположенных в плоскостях, параллельных центральной оси торцовой полумуфты.

Шарнирная муфта для соединения бурильной колонны 1 с винтовым забойным двигателем 2 содержит торцовую полумуфту 3, переходник 4, полый вал 5 со сферической опорной пятой 6 и резьбовым хвостовиком 7, сферические подпятники 8, 9, герметизирующие уплотнения 10, 11, контактирующие со сферической пятой 6 полого вала 5, а также установленную на полом валу 5 кулачковую полумуфту 12, причем торцовая полумуфта 3 и кулачковая полумуфта 12 снабжены контактирующими элементами 13 для передачи крутящего момента, выполненными в виде выступов 14 и пазов 15 изображено на фиг.1, 4.

Сферическая опорная пята 6 полого вала 5 закреплена в полом корпусе 16, установленном между переходником 4 и торцовой полумуфтой 3, одна сторона 17 торцовой полумуфты 3 содержит контактирующие элементы 18, расположенные в параллельных относительно ее центральной оси 19 плоскостях 20, 21, которые образуют пазы 15 изображено на фиг.1, 4.

Другая сторона 22 торцовой полумуфты 3 содержит контактирующие элементы (выступы) 23, расположенные в окружном положении относительно ее центральной оси 19, а ответные контактирующие элементы: выступы 14, а также пазы 24 расположены соответственно на кулачковой полумуфте 12 и на полом корпусе 16 изображено на фиг.1, 2, 4.

Кроме того, на фиг.1, 2 изображено: поз.25 – центральная ось (оси) полого корпуса 16, скрепленного с ним переходника 4 и двигательной секции винтового забойного двигателя 2; поз.26 – центральная ось (оси) полого вала 5 и его резьбового хвостовика 7, а также установленной на полом валу 5 кулачковой полумуфты 12; поз.27 – максимальный угол отклонения центральной оси 26 полого вала 5 и его резьбового хвостовика 7, а также установленной на полом валу 5 кулачковой полумуфты 12 относительно центральной оси 25 полого корпуса 16, скрепленного с ним переходника 4 и двигательной секции винтового забойного двигателя 2; поз.28 – угол перекоса (минимальный угол отклонения) центральной оси 26 полого вала 5 и его резьбового хвостовика 7, а также установленной на полом валу 5 кулачковой полумуфты 12 относительно центральной оси 25 полого корпуса 16, скрепленного с ним переходника 4 и двигательной секции винтового забойного двигателя 2.

Центральная ось 26 полого вала 5 со сферической опорной пятой 6, резьбовым хвостовиком 7 и установленной на полом валу 5 кулачковой полумуфтой 12 составляет относительно центральной оси 25 полого корпуса 16 и скрепленного с ним переходника 4, при минимальном отклонении, угол перекоса , 28, равный 10% от максимального угла , 27 отклонения центральной оси 26 полого вала 5 и установленной на полом валу 5 кулачковой полумуфты 12, изображено на фиг.1, 2.

Угловые отклонения 27, , а также 28, , центральной оси 26 полого вала 5 и установленной на полом валу 5 кулачковой полумуфты 12 осуществляются в одну сторону, без изменения направления (знака) относительно центральной оси 25 полого корпуса 16, скрепленного с ним переходника 4 и двигательной секции винтового забойного двигателя 2, изображено на фиг.1, 2.

Сферический подпятник 9 выполнен с продольным разъемом вдоль центральной оси 25 полого корпуса 16, например, из двух частей, на фиг.1 не показано, при этом максимальное угловое отклонение 27, , полого вала 5 и установленной на нем кулачковой полумуфты 12 относительно полого корпуса 16 ограничивает внутренняя стенка 29 сферического подпятника 9, показано на фиг.1.

Минимальное угловое отклонение 28, полого вала 5 и установленной на нем кулачковой полумуфты 12 относительно полого корпуса 16 ограничивают торцы 22 торцовой полумуфты 3, контактирующие с торцами 30 полого корпуса 16, а также торцы 31 торцовой полумуфты 3, контактирующие с торцами 32 кулачковой полумуфты 12, показано на фиг.2.

Максимальный 27, и соответственно минимальный 28, углы отклонения центральной оси 26 полого вала 5 со сферической опорной пятой 6 и резьбовым хвостовиком 7, а также центральной оси 26 установленной на полом валу 5 кулачковой полумуфты 12 относительно полого корпуса 16, скрепленного резьбой 33 с переходником 4, составляют 5 градусов и соответственно ноль градусов 30 минут, изображено на фиг.1, 2.

Кулачковая полумуфта 12 выполнена с внутренней резьбой 34, скреплена с резьбовым хвостовиком 7 полого вала 5 и герметично уплотнена их контактирующими торцами по плоскости 35, при этом на наружной поверхности 36 кулачковой полумуфты 12 со стороны 37, в которую отклоняется полый вал 5 относительно полого корпуса 16, выполнена продольная канавка 38, расположенная симметрично относительно параллельных между собой контактирующих элементов 18 торцовой полумуфты 3 и выступов 14 кулачковой полумуфты 12, изображено на фиг.1.

На наружной поверхности 39 торцовой полумуфты 3 выполнена продольная канавка 40 для окружного совмещения в одной плоскости продольной канавки 38, а также различных по высоте контактирующих элементов 18 кулачковой полумуфты 12 при сборке шарнирной муфты, изображено на фиг.1, 4.

Полый вал 5 выполнен с устройством 41 передачи крутящего момента между соединением его резьбового хвостовика 7 и внутренней резьбы 34 кулачковой полумуфты 12, расположенным со стороны резьбового хвостовика 7, в виде внутреннего шестигранника 42, изображено на фиг.1, 2.

Устройство 41 передачи крутящего момента между соединением полого вала 5 и его резьбового хвостовика 7 с внутренней резьбой 34 кулачковой полумуфты 12, выполненное в виде внутреннего шестигранника 42, обеспечивает требуемый момент затяжки резьбы 34 и герметичное уплотнение контактирующих торцов по плоскости 35, изображено на фиг.2.

Шарнирная муфта для соединения бурильной колонны с забойным двигателем работает следующим образом.

Кулачковая полумуфта 12 соединяется с колонной бурильных труб 1, а переходник 4 соединяется с винтовым героторным гидравлическим двигателем ДОШ – 172 PC, имеющим собственный регулятор угла перекоса и реактивного момента (косой переводник) с углом 2 градуса 30 минут.

Для регулировки в окружном положении одноплоскостного изгиба шарнирной муфты относительно плоскости искривления бурильной колонны 1, по существу, в плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе, при свинчивании бурильной колонны 1 с кулачковой полумуфтой 12 для окружной ориентации направленного одноплоскостного изгиба бурильной колонны 1 в месте ее соединения с забойным двигателем 2, совмещают в одной плоскости, со стороны, в которую будет отклоняться бурильная колонна, продольную канавку 38, расположенную симметрично относительно параллельных между собой контактирующих элементов 18 торцовой полумуфты 3 и выступов 14 кулачковой полумуфты 12, и продольную канавку 40 для окружного совмещения в одной плоскости продольной канавки 38, а также различных по высоте контактирующих элементов 18 кулачковой полумуфты 12, в плоскости искривления регулятора угла перекоса (косого переводника), устанавливаемого в забойном двигателе 2.

Для точной угловой ориентации продольной канавки 38, расположенной симметрично относительно параллельных между собой контактирующих элементов 18 торцовой полумуфты 3 и выступов 14 кулачковой полумуфты 12, и продольной канавки 40, расположенной на наружной поверхности 39 торцовой полумуфты 3, для окружного совмещения в одной плоскости, совмещают в требуемом угловом положении контактирующие элементы (выступы) 23 торцовой полумуфты 3 и пазы 24, расположенные соответственно на полом корпусе 16.

Двигатель 2 под действием установленного на его корпусе центрирующего устройства (регулятора угла и реактивного момента) отклоняется от оси колонны бурильных труб 1, при этом центральная ось 26 полого вала 5 со сферической опорной пятой 6, резьбовым хвостовиком 7 и установленной на полом валу 5 кулачковой полумуфтой 12 отклоняется относительно центральной оси 25 полого корпуса 16, скрепленного с ним переходника 4 и двигательной секции винтового забойного двигателя 2 на угол, определяемый условиями сохранения устойчивости изогнутой колонны бурильных труб, по существу, для обеспечения непрерывного контакта со стенкой ствола скважины во время бурения и оптимальной осевой нагрузки на долото.

Осевая нагрузка от долота на бурильную колонну 1 передается через винтовой героторный гидравлический двигатель 2, переходник 4, полый вал 5 со сферической опорной пятой 6 через сферические подпятники 8, 9 на резьбовой хвостовик 7, контактирующие торцы 35 резьбового хвостовика 7 и кулачковой полумуфты 12, а далее на колонну бурильных труб 1.

Реактивный момент от долота на бурильной колонне 1 воспринимается переходником 4, скрепленным резьбой 33 с полым корпусом 16, пазами 24, расположенными в полом корпусе 16, выступами 23 торцовой полумуфты 3, далее пазами 15 контактирующих элементов 18 торцовой полумуфты 3 и выступами 14 кулачковой полумуфты 12, а далее резьбовым отверстием кулачковой полумуфты 12.

При вращении бурильной колонны 1, шарнирной муфты и забойного двигателя 2 с долотом во время прохождения прямолинейных участков (участков стабилизации) наклонно направленных и горизонтальных скважин, при опускании колонны бурильных труб 1 в скважину за счет того, что расположение центральной оси 26 полого вала 5 со сферической опорной пятой 6, резьбовым хвостовиком 7 и установленной на полом валу 5 кулачковой полумуфтой 12 составляет относительно центральной оси 25 полого корпуса 16 и скрепленного с ним переходника 4, при минимальном отклонении, угол перекоса , 28, равный 10% от максимального угла , 27, отклонения центральной оси 26 полого вала 5 и установленной на полом валу 5 кулачковой полумуфты 12, возникает направленный одноплоскостной изгиб бурильной колонны 1 в месте ее соединения с забойным (винтовым героторным гидравлическим) двигателем 2 без потери устойчивости (знака).

Изобретение обеспечивает повышение точности проходки наклонно направленных и горизонтальных скважин, повышение темпа набора параметров кривизны скважин, а также улучшение проходимости, по существу, уменьшение сопротивления и напряжений в компоновке низа бурильной колонны.

Источники информации

1. RU 2082864, Е 21 В 7/08, 27.06.1997.

2. RU 2192535, Е 21 В 7/08, 10.11.2002.

3. RU 2007536, Е 21 В 7/08, 15.02.1994.

4. SU 1070294, Е 21 В 7/08, F 16 C 11/06, 30.01.1984 – прототип.

Формула изобретения

1. Шарнирная муфта для соединения бурильной колонны с забойным двигателем, содержащая торцовую полумуфту, переходник, полый вал со сферической опорной пятой и резьбовым хвостовиком, сферические подпятники, герметизирующие уплотнения, контактирующие со сферической опорной пятой полого вала, а также установленную на полом валу кулачковую полумуфту, причем торцовая полумуфта и кулачковая полумуфта снабжены контактирующими элементами для передачи крутящего момента, выполненными в виде выступов и пазов, отличающаяся тем, что сферическая опорная пята полого вала закреплена в полом корпусе, установленном между переходником и торцовой полумуфтой, одна сторона которой содержит контактирующие элементы, расположенные в параллельных относительно ее центральной оси плоскостях, другая сторона торцовой полумуфты содержит контактирующие элементы, равнорасположенные в окружном положении относительно ее центральной оси, а ответные контактирующие элементы расположены соответственно на кулачковой полумуфте и на полом корпусе, при этом центральная ось полого вала со сферической опорной пятой, резьбовым хвостовиком и установленной на полом валу кулачковой полумуфтой составляет относительно центральной оси полого корпуса и скрепленного с ним резьбой переходника при минимальном отклонении угол перекоса, равный 10% от максимального угла отклонения центральной оси полого вала и установленной на полом валу кулачковой полумуфты.

2. Шарнирная муфта для соединения бурильной колонны с забойным двигателем по п.1, отличающаяся тем, что сферический подпятник выполнен с продольным разъемом вдоль центральной оси полого корпуса, при этом максимальное угловое отклонение полого вала и установленной на нем кулачковой полумуфты относительно полого корпуса ограничивает внутренняя стенка сферического подпятника, а минимальное угловое отклонение полого вала и установленной на нем кулачковой полумуфты относительно полого корпуса ограничивают контактирующие между собой элементы полого корпуса, кулачковой и торцовой полумуфт за счет упора торцов направленных друг к другу выступов и пазов.

3. Шарнирная муфта для соединения бурильной колонны с забойным двигателем по п.1, отличающаяся тем, что максимальный и, соответственно, минимальный углы отклонения центральной оси полого вала со сферической опорной пятой и резьбовым хвостовиком, а также центральной оси установленной на полом валу кулачковой полумуфты относительно полого корпуса, скрепленного резьбой с переходником, составляют 5°, и соответственно, 0° 30 мин.

4. Шарнирная муфта для соединения бурильной колонны с забойным двигателем по п.1, отличающаяся тем, что кулачковая полумуфта выполнена с внутренней резьбой, скреплена с резьбовым хвостовиком полого вала и герметично уплотнена их контактирующими торцами, при этом на наружной поверхности кулачковой полумуфты со стороны, в которую отклоняется полый вал относительно полого корпуса, выполнена продольная канавка.

5. Шарнирная муфта для соединения бурильной колонны с забойным двигателем по п.1, отличающаяся тем, что полый вал выполнен с устройством передачи крутящего момента между соединением его резьбового хвостовика и внутренней резьбы кулачковой полумуфты, расположенным со стороны резьбового хвостовика или сферической пяты, в виде внутреннего шестигранника.

РИСУНКИ