Буровой инструмент для бурения наклонно-направленных скважин с автоматическим контролем - RU2018129157A

1. Буровой инструмент для бесперебойного непрерывного бурения скважин в породных формациях с возможностью выбора трассы ствола скважины, содержащий

трубчатый корпус,

приводной вал бурового долота, который выполнен с возможностью вращения в корпусе и на нижнем выступающем из корпуса конце которого находится долото вращательного бурения,

множество расположенных в корпусе устройств жесткого крепления с электроприводом для создания направляющих сил, имеющих радиально выравниваемые составляющие сил, для выравнивания бурового инструмента во время операций бурения, и

устройство управления для управления устройствами жесткого крепления,

причем устройства жесткого крепления содержат исполнительное устройство, к которому присоединены элементы (7) крепления, которые расположены по меньшей мере вдоль одной плоскости крепления и распределены по периметру корпуса и выполнены с возможностью перемещения радиально наружу и внутрь, а также с возможностью отвода наподобие щитка в канавки корпуса,

при этом подвижность устройств жесткого крепления регулируется температурой посредством исполнительного устройства, содержащего по меньшей мере одну терморасширяющуюся среду передачи давления,

отличающийся тем, что

среда передачи давления представляет собой жидкость или газ, причем

жидкость имеет коэффициент объемного расширения y, составляющий 5,0-20,0×10^-4K^-1 при 18°С, а

газ имеет коэффициент изобарического объемного расширения y, составляющий 3,0-4,0×10^-3K^-1 при 18°С.

2. Буровой инструмент по п. 1, отличающийся тем, что элементы (7) крепления шарнирно соединены с исполнительным устройством, причем исполнительное устройство выполнено в виде цилиндропоршневого узла (1), нагревательное устройство (9) находится в камере (3) и/или расположено в области полости (5) цилиндра для нагрева среды передачи давления, наружный конец поршня (4) соединен с элементом (7) крепления, а полость (5) цилиндра наполнена жидкостью или газом в качестве среды передачи давления.

3. Буровой инструмент по п. 1 или 2, отличающийся тем, что элементы (7) крепления шарнирно соединены с исполнительным устройством, причем исполнительное устройство выполнено в виде цилиндропоршневого узла (1), полость (5) цилиндра которого соединена с камерой (3) корпуса (2) камеры таким образом, чтобы обеспечить возможность прохождения среды передачи давления, полость (5) цилиндра и камера (3) наполнены жидкостью или газом в качестве среды передачи давления, по меньшей мере на участке внутренней и/или наружной стенки корпуса (2) камеры расположено нагревательное устройство (9) для нагрева корпуса и среды передачи давления, полость (5) цилиндра цилиндропоршневого узла (1) содержит нагревательное устройство (9) для нагрева среды передачи давления, наружный конец поршня (4) соединен с элементом (7) крепления.

4. Буровой инструмент по п. 2 или 3, отличающийся тем, что при нагреве среды передачи давления обеспечена возможность смещения поршня (4) в радиальном направлении к продольной центральной оси корпуса для нагруженного размещения элемента (7) крепления в упор к стенке ствола скважины во время перехода указанного элемента крепления из начального положения в конечное положение.

5. Буровой инструмент по одному из пп. 2-4, отличающийся тем, что при охлаждении среды передачи давления обеспечена возможность смещения поршня (4) в радиальном направлении к продольной центральной оси корпуса для размещения элемента (7) крепления на прежнем месте во время перехода указанного элемента крепления из конечного положения в начальное положение.

6. Буровой инструмент по одному из пп. 2-5, отличающийся тем, что нагревательное устройство (9) выполнено с возможностью приведения в действие устройством управления по токопроводящим кабелям электрическим током от батарей и/или электрогенератором с приводом от турбины, которая приводится в движение потоком бурового раствора, для нагрева среды передачи давления.

7. Буровой инструмент по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что жидкость в качестве среды передачи давления имеет коэффициент объемного расширения у, составляющий 7,2-16,3×10^-4K^-1 при 18°С, более предпочтительно 12-15×10^-4K^-1.

8. Буровой инструмент по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что исполнительное устройство выполнено в виде линейного привода, содержащего по меньшей мере один стержень, выполненный из твердого материала, к наружному концу которого присоединен элемент (7) крепления.

9. Буровой инструмент по одному из пп. 2-8, отличающийся тем, что цилиндропоршневой узел (1) выполнен в виде узла двустороннего действия, противоположные поверхности поршня которого открыты воздействию терморегулируемой среды передачи давления.

10. Буровой инструмент по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что обеспечена возможность направления данных, в частности данных о положении, получаемых сенсорными системами устройства управления, к наземному пульту управления посредством кабелей, расположенных в колонне бурильных труб, посредством телеметрии и/или в виде сигналов давления.

11. Буровой инструмент для наклонно-направленного бурения по п. 10, отличающийся тем, что обеспечена возможность направления данных, получаемых сенсорными системами устройства управления, в виде сигналов давления к наземному пульту управления, причем буровой инструмент содержит устройство для выработки сигналов давления для передачи информации в промывочном канале колонны бурильных труб посредством рабочего колеса, на которое обеспечено воздействие бурового раствора и которое выполнено с возможностью приведения в действие генератора, к которому подключен аккумулятор, при этом генератор, содержащий аккумулятор, муфта и подшипник вала рабочего колеса расположены в проходящем в осевом направлении корпусе, заполняемом маслом и образующем цилиндрический кольцевой зазор относительно колонны бурильных труб, и обеспечена возможность прохождения бурового раствора через кольцевой зазор для приведения в действие рабочего колеса, а над масляным резервуаром в корпусе выполнен поршень компенсации давления, на который обеспечено воздействие бурового раствора, и уплотнение, выполненное на нижнем конце между корпусом и валом рабочего колеса, выполнено в виде уплотнения бесперебойного функционирования, например манжетного уплотнения или керамического уплотнения.

12. Буровой инструмент по п. 10 или 11, отличающийся тем, что обеспечена возможность направления данных, получаемых, в частности данных о положении, получаемых сенсорными системами устройства управления, в виде сигналов давления к наземному пульту управления, причем буровой инструмент содержит устройство для выработки сигналов давления в текучей среде для передачи информации, в частности во время бурения ствола скважины при подземной разработке месторождений и прокладке туннелей, через промывочный канал бурильной трубы, при этом в промывочном канале колонны бурильных труб расположено рабочее колесо, которое выполнено с возможностью переключения между режимами работы генератора и электродвигателя и, таким образом, обеспечена возможность попеременной работы.

13. Буровой инструмент по одному из пп. 10-12, отличающийся тем, что обеспечена возможность направления данных, таких как данные о положении, получаемых сенсорной системой устройства управления, в виде сигналов давления к наземному пульту управления, при этом буровой инструмент содержит устройство для передачи информации, в частности во время бурения скважин, посредством импульсов давления в движущейся жидкости, предпочтительно промывочной жидкости, причем указанное устройство содержит устройство выработки информации, передающее устройство, соединенное с устройством выработки информации и выполненное с возможностью создания импульсов давления в жидкости, и приемное устройство для приема и анализа информации, передаваемой посредством импульсов давления, в пульте управления, причем передающее устройство содержит упругое тело оказания сопротивления потоку в потоке жидкости и исполнительное устройство для изменения проходного сечения тела оказания сопротивления потоку синхронно с подлежащими выработке импульсами давления.

14. Буровой инструмент по одному из пп. 10-13, отличающийся тем, что обеспечена возможность направления данных, таких как данные о положении, получаемых сенсорными системами устройства управления, в виде сигналов давления к наземному пульту управления, причем устройство управления бурового инструмента соединено с устройством для передачи информации в колонне бурильных труб посредством импульсов, таких как звуковые волны, а передающее устройство для выработки импульсов соединено с сенсорной системой устройства управления, причем устройство содержит приемное устройство для приема и анализа информации, переданной посредством импульсов, выработанных передающим устройством в виде звуковых волн и направленных к приемному устройству.

15. Буровой инструмент по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что верхний конец приводного вала бурового долота выполнен с возможностью соединения с колонной бурильных труб.

16. Буровой инструмент по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что полость (5) цилиндра соединена посредством канала (6), с возможностью прохождения среды передачи давления, с камерой (3) корпуса (2) камеры, выполненной с возможностью нагрева или охлаждения среды передачи давления.

17. Способ наклонно-направленного бурения с управлением трассой в глубоких подземных пластах с использованием бурового инструмента для бесперебойной непрерывной работы при бурении скважин в породных формациях по меньшей мере по одному из предшествующих пунктов, в котором данные, в частности данные о положении, получаемые от сенсорных систем устройства управления, направляют к электронному процессору измеренных значений устройства управления, причем в процессоре измеренных значений устройства управления данные подают в контур управления для многопараметрического управления, в процессоре измеренных значений данные в виде переменных управления сравнивают с целевыми характеристиками или целевыми значениями, хранящимися в процессоре измеренных значений, и в случае отклонений от целевых характеристик или целевых значений измененные выходные параметры направляют в виде сигналов посредством устройства управления к переключателю, в частности двухпозиционному переключателю, для обеспечения воздействия температурой на среду передачи давления или к регулятору для обеспечения воздействия плавно регулируемой температуры в соответствии с характеристиками на среду передачи давления в устройствах жесткого крепления посредством подачи электроэнергии на нагревательное устройство.