006365 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к выполнению работ в нефтяных и газовых скважинах. Изобретение относится, в частности, к системе, придающей гибкость соседним сегментам скважинного инструмента и расширяющей возможности его использования в искривленных или наклонных скважинах. Уровень техники При использовании скважинных перфораторов в искривленных или наклонных скважинах важно, чтобы перфоратор находился в определенном радиальном положении. Так, например, правильная ориентация перфоратора в искривленных скважинах позволяет оператору использовать кумулятивные заряды перфоратора в определенном радиальном положении по окружности ствола скважины. Необходимость в этом связана с тем, что в каждой конкретной скважине потенциально продуктивные зоны, в которых может находиться нефть или газ, могут быть расположены в любом месте или в любой зоне по окружности ствола скважины. В зависимости от наличия и расположения таких потенциально продуктивных зон, находящихся рядом с искривленной скважиной, оператор может изменить ориентацию перфоратора для перфорации скважины в том месте, где находится соответствующая продуктивная зона месторождения нефти или газа. При неправильной угловой ориентации перфоратора перфорирование скважины не только не обеспечивает возможность добычи углеводорода из соответствующей продуктивной зоны, но и приводит к попаданию в ствол скважины песка из окружающей ствол скважины пустой породы. В настоящее время известно достаточно много попыток решения проблемы ориентации скважинного инструмента. Для этого, например, используют неуравновешенные скважинные инструменты, которые определенным образом поворачиваются в скважине, или инструменты с дополнительными расположенными на корпусе внешними ребрами, которые предназначены для принудительной ориентации инструмента в определенном угловом положении. Некоторые из этих решений описаны в патентах US 4410051, US 4438810, US 5040619, US 5211714, US 4637478, US 5603379 и US 5964294. В настоящее время существует много различных скважинных инструментов, в частности перфораторы, которые состоят из большого количества вытянутых в длину и соединенных друг с другом отдельных элементов. При повороте или изменении осевого положения такие вытянутые в длину элементы должны свободно поворачиваться относительно соединенного с ними соседнего элемента или элементов. При перемещении длинного скважинного инструмента в искривленном стволе скважины в нем в результате линейной деформации, связанной с искривлением ствола скважины, возникают усилия сжатия или растяжения. Возникающие в инструменте усилия сжатия или растяжения препятствуют свободному повороту друг относительно друга его отдельных соседних элементов. Возникающее в инструменте сопротивление, ограничивающее возможность свободного вращения его отдельных элементов, не позволяет расположить их в требуемом положении. Поэтому состоящие из большого количества отдельных перфораторов скважинные инструменты, в которых возникают защемляющие перфораторы усилия сжатия или растяжения, не позволяют выполнить перфорацию в необходимых местах вдоль ствола скважины. Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать устройство или систему для ориентации скважинных инструментов, которое придавало бы, соответственно которая придавала бы инструменту необходимую гибкость и которое исключало бы, соответственно которая исключала бы возможность защемления инструмента в искривленных или наклонных стволах скважин. Краткое изложение сущности изобретения В одном из вариантов осуществления изобретения в нем предлагается предназначенная для использования в скважинах система, состоящая по меньшей мере из двух скважинных инструментов и по меньшей мере одного вертлюжного переходника. Вертлюжный переходник соединяет соседние скважинные инструменты системы. Переходник состоит из двух частей, шарнирно соединенных друг с другом шаровой муфтой. К концам переходника крепятся скважинные инструменты системы, в частности перфораторы. Предлагаемая в изобретении система содержит также изготовленные из износостойкого материала кольца, расположенные вокруг каждого скважинного инструмента. Такие кольца, диаметр которых больше наружного диаметра скважинного инструмента, препятствуют контакту наружной поверхности скважинных инструментов с внутренней стенкой ствола скважины. Не соприкасающийся благодаря наличию такого кольца с внутренней стенкой ствола скважины скважинный инструмент изнашивается существенно меньше, чем обычный скважинный инструмент, вертлюжный переходник которого касается ствола скважины и трется по внутренней поверхности ствола скважины. Кроме того, не касающийся ствола скважины и поэтому не испытывающий воздействие сил трения скважинный инструмент может свободно поворачиваться внутри ствола скважины. Свободное вращение скважинного инструмента относительно вертлюжных переходников обеспечивается наличием в предлагаемой в изобретении системе соответствующих подшипников. Предлагаемая в изобретении система содержит также детонирующий шнур, который проходит по центру внутри каждой части вертлюжного переходника. В одной части переходника расположен также кумулятивный заряд со взрывным устройством, которые передают детонацию от одного соединенного с -1- 006365 ними детонирующего шнура другому детонирующему шнуру, расположенному в соседней части переходника. Одной из многих отличительных особенностей настоящего изобретения является увеличение гибкости связки скважинных инструментов и, как следствие этого, возможность простого и легкого опускания и извлечения скважинного инструмента из ствола скважины. Увеличение гибкости связки, кроме того, уменьшает возникающие в ней усилия сжатия и растяжения и обеспечивает возможность свободного вращения отдельных элементов связки вокруг их собственной оси относительно остальной части связки. Краткое описание чертежей На прилагаемых к описанию чертежах показано на фиг. 1 - поперечный разрез предлагаемой в изобретении системы, расположенной в стволе скважины, на фиг. 2 - поперечный разрез предлагаемой в настоящем изобретении системы перфорирования скважины и на фиг. 3 - поперечный разрез предлагаемой в изобретении системы перфорирования скважины с расположенными под углом осями соединенных вертлюжным переходником скважинных инструментов. Предпочтительные варианты осуществления изобретения На фиг. 1 показан общий вид предлагаемой в одном из вариантов осуществления изобретения гибкой самоориентирующейся системы скважинных инструментов. Показанная на фиг. 1 система представляет собой расположенную в стволе 2 скважины связку 1 скважинных инструментов, состоящую из множества перфораторов 19, соединенных друг с другом вертлюжными (шарнирными или самоориентирующимися) переходниками 10. Изобретение, однако, не ограничено гибкой самоориентирующейся связкой скважинных перфораторов и относится также к системам с другими скважинными инструментами, например к системе соединенных в связку 1 вертлюжными переходниками 10 устройств и каротажных приборов, предназначенных для проведения геофизических исследований в скважинах. На фиг. 2 показаны конструкция вертлюжного переходника 10 и его крепление к перфораторам 19. Вертлюжный переходник 10 состоит из двух образующих шарнирное соединение частей или полумуфт полумуфты 11с шаровой головкой и полумуфты 12 со сферическим гнездом или подпятником. Первый конец 11а полумуфты 11с шаровой головкой на резьбе крепится к перфоратору 19, а ее второй конец 11b шарнирно соединен с полумуфтой 12 с гнездом или подпятником. На конце полумуфты 12 с подпятником расположена втулка 13, задний конец 13b которой навернут на корпус 14 полумуфты. Втулка 13 имеет цилиндрическую форму с постоянным по длине наружным диаметром. Внутренний диаметр втулки 13 постепенно уменьшается в направлении переднего конца 13а втулки и образует на переднем конце 13а втулки внутренний выступ. Расположенный на конце 13а втулки 13 навернутой на корпус 14 полумуфты внутренний выступ удерживает в осевом направлении внутри полумуфты 12 упирающуюся в подпятник шаровую головку, расположенную на конце 11b второй полумуфты 11 вертлюжного переходника. Сферическая форма головки, расположенной на втором конце 11b полумуфты 11, обеспечивает возможность вращения полумуфты 11 относительно сферического подпятника, образованного внутренней поверхностью втулки 13 второй полумуфты вертлюжного переходника. При максимально возможном угле поворота соединенных друг с другом сферическим шарниром полумуфт 11 и 12, равном 15°, этот угол в предпочтительном варианте осуществления изобретения ограничен 8°. Внутри полумуфты 12 со сферическим гнездом (подпятником) расположена цилиндрическая оправка 17. Оправка 17 может вращаться внутри полумуфты 12 в расположенном между ней и полумуфтой сборном подшипнике 16. Сборный подшипник 16 состоит из внутренней обоймы 16а, наружной обоймы 16b и расположенных между ними шариков 16с. Показанные на чертежах шарики 16с объединены в четыре группы и расположены вокруг внутренней обоймы 16а подшипника. Использование многорядного подшипника обеспечивает более эффективное по сравнению с однорядным подшипником распределение осевых нагрузок. Повышение несущей способности подшипника обеспечивает возможность вращения оправки 17 внутри полумуфты 12 вертлюжного переходника при осевой нагрузке (сжатия или растяжения), превышающей 20000 фунтов. Оправка 17 крепится к перфоратору 19 со стороны, противоположной полумуфте 12 с подпятником. Крепление оправки 17 к перфоратору 19 осуществляется с помощью верхней соединительной втулки 18. На наружной поверхности связки 1 скважинных инструментов в том месте, где верхняя соединительная втулка 18 прижимается к корпусу 14 полумуфты с подпятником, расположено изготовленное из износостойкого материала кольцо 15. Изобретение не ограничено какими-либо конкретными материалами, из которых изготовлены описанные выше детали предлагаемой в нем системы, и не исключает возможности использования для этого любых материалов, соответствующим образом выбираемых специалистами в каждом конкретном случае. В обеих полумуфтах осевого вертлюжного переходника 10 расположен детонирующий шнур 30, который проходит в осевом направлении по центру переходника. Через детонирующий шнур 30, как известно, передается волна детонации, которая в конечном итоге достигает кумулятивных зарядов, расположенных внутри перфоратора 19. Для передачи волны детонации через зазор между полумуфтой 11 с шаровой головкой и полумуфтой 12 с подпятником (сферическим гнездом) предназначены расположенные внутри полумуфты 12 с подпятником на конце детонирующего шнура 30 кумулятивный заряд 31 и -2- 006365 промежуточный детонатор 32. Как известно, при достижении распространяющейся вдоль детонирующего шнура 30 волны детонации расположенного на конце шнура кумулятивного заряда 31 происходит детонация кумулятивного заряда 31 и промежуточного детонатора 32, срабатывание которого сопровождается прохождением волны детонации детонирующего шнура 30 из полумуфты 12 с подпятником в полумуфту 11 с шаровой головкой. Обычно ствол 2 скважины имеет много изгибов, расположенных в разных местах вдоль продольной оси ствола. Такие изгибы, в частности, расположены в месте перехода вертикального участка ствола 2 скважины в наклонный участок 3 и в месте перехода наклонного участка в горизонтальный участок 4. Обычно связка 1 скважинных инструментов состоит из большого количества перфораторов или других скважинных устройств и имеет длину от 100 до 3000 футов. При опускании столь длинной связки скважинных инструментов в ствол скважины связка при ее проходе через изгибы и колена ствола должна изгибаться в соответствии с профилем ствола 2 скважины. При прохождении связки скважинных инструментов через различные изгибы и колена ствола скважины в отдельных элементах связки возникают значительные напряжения растяжения или сжатия. Напряжения растяжения или сжатия, возникающие в отдельных элементах связки, которые должны поворачиваться вокруг собственных осей относительно соседних элементов связки, защемляют эти элементы и ограничивают возможность их свободного вращения. В отличие от обычных связок скважинных инструментов, элементы предлагаемой в изобретении связки 1 не испытывают воздействие сжимающих или растягивающих усилий, возникающих в связи с изменением профиля ствола 2 скважины. Наличие универсального шарнирного соединения в вертлюжном переходнике 10 придает предлагаемой в изобретении связке 1 скважинных инструментов определенную гибкость и позволяет связке при изменении профиля ствола 2 скважины менять свою форму без возникновения в ее элементах заметных сжимающих или растягивающих усилий. Возможность поворота отдельных элементов предлагаемой в изобретении системы скважинных инструментов, в том числе перфораторов, относительно соседних элементов обеспечивает возможность свободного поворота этих элементов вокруг собственной оси даже в стволах скважин, которые имеют различные изгибы или колена. Наличие изготовленного из износостойкого материала кольца 15, наружный диаметр которого больше наружного диаметра перфоратора 19, защищает наружную поверхность перфоратора 19 от трения по внутренней поверхности ствола 2 скважины, уменьшает возможность повреждения или износа перфоратора 19, вызываемых трением по внутренней поверхности ствола 2 скважины, и способствует свободному вращению перфоратора 19 вокруг его оси. Использование такого кольца наиболее эффективно при большой длине отдельных секций связки скважинных инструментов, соединенных друг с другом резьбой. До соединения соответствующих элементов резьбовых соединений с внутренней и наружной резьбой сначала необходимо выполнить достаточно сложную и трудную, особенно при большой длине отдельных секций связки, работу, связанную с совмещением их осей. Наличие в предлагаемой в изобретении системе универсальных шарниров, соединяющих с возможностью взаимного поворота полумуфты вертлюжных переходников 10, позволяет существенным образом облегчить совмещение осей резьбовых элементов связки. Использование предлагаемых в изобретении вертлюжных переходников 10 для соединения длинных отдельных секций связки скважинных инструментов позволяет легко компенсировать несовпадение их осей и заметно ускорить весь процесс сборки связки. Предлагаемая в настоящем изобретении описанная выше система, таким образом, решает поставленные в изобретении задачи и обладает не только упомянутыми выше преимуществами, но и целым рядом других отличительных признаков. Рассмотренный выше в качестве примера предпочтительный вариант осуществления изобретения не исключает возможности внесения в него различных изменений и усовершенствований, направленных на достижение необходимых результатов. Так, в частности, вместо описанных выше шарикоподшипников, в сборном подшипнике предлагаемого в изобретении вертлюжного переходника можно использовать подшипники скольжения или роликоподшипники. Кроме того, предлагаемую в изобретении систему с вертлюжными соединениями можно использовать не только в нефтедобывающих скважинах, но и в скважинах любого другого типа, например в водозаборных скважинах. Возможность этих и других, очевидных для специалистов в данной области техники изменений и усовершенствований предусмотрена и приведенным выше описанием изобретения, и объемом приложенной к описанию формулы изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Система перфорирования скважины, содержащая по меньшей мере два перфоратора и по меньшей мере один расположенный между двумя соседними перфораторами и соединяющий их друг с другом вертлюжный переходник, который состоит из двух частей, одни концы которых шарнирно соединены друг с другом, а другие концы крепятся к перфораторам. -3- 006365 2. Система перфорирования скважины по п.1, в которой ось каждой части переходника имеет возможность поворота относительно оси другой, шарнирно соединенной с ней части переходника на угол вплоть до 8°. 3. Система перфорирования скважины по п.1, которая содержит также изготовленное из износостойкого материала кольцо, которое расположено вокруг каждого перфоратора и наружный диаметр которого больше наружного диаметра перфоратора. 4. Система перфорирования скважины по п.1, в которой две части вертлюжного переходника соединены друг с другом шаровым шарниром. 5. Система перфорирования скважины по п.1, содержащая также детонирующий шнур, расположенный вдоль оси внутри каждой части вертлюжного переходника. 6. Система перфорирования скважины по п.5, содержащая также взрывное устройство, которое передает детонацию детонирующего шнура, расположенного в одной из частей вертлюжного переходника, детонирующему шнуру, расположенному в его соседней части. 7. Система перфорирования скважины по п.6, в которой оси соседних частей вертлюжного переходника допускают возможность их поворота в шарнире друг относительно друга на угол вплоть до 8°. 8. Система перфорирования скважины по п.1, в которой перфораторы допускают возможность их поворота вокруг их осей относительно соединяющего их вертлюжного переходника. 9. Система перфорирования скважины по п.8, содержащая также двухрядный или многорядный подшипник, обеспечивающий возможность поворота перфоратора относительно вертлюжного переходника. 10. Скважинный инструмент для искривленных скважин, содержащий два или более продольных сегмента, соединенных друг с другом вертлюжным соединителем, который состоит из двух частей, одни концы которых шарнирно соединены друг с другом, а другие концы крепятся к продольным сегментам. 11. Скважинный инструмент по п.10, в котором ось каждой части вертлюжного соединителя имеет возможность поворота относительно оси другой, шарнирно соединенной с ней части соединителя на угол вплоть до 8°. 12. Скважинный инструмент по п.10, который содержит также изготовленное из износостойкого материала кольцо, которое расположено вокруг каждого продольного сегмента и наружный диаметр которого больше наружного диаметра продольного сегмента. 13. Скважинный инструмент по п.10, в котором две части вертлюжного соединителя соединены друг с другом шаровым шарниром. 14. Скважинный инструмент по п.10, который содержит также детонирующий шнур, расположенный вдоль оси внутри каждой части вертлюжного соединителя, шарнирно соединенной с его другой частью. 15. Скважинный инструмент по п.10, который содержит также взрывное устройство, которое передает детонацию детонирующего шнура, расположенного в одной из частей вертлюжного соединителя, детонирующему шнуру, расположенному в его другой части, шарнирно соединенной с его первой частью. 16. Скважинный инструмент по п.10, в котором его продольный сегмент имеет возможность поворота вокруг собственной оси относительно одной из шарнирно соединенных друг с другом частей вертлюжного соединителя. 17. Скважинный инструмент по п.10, который содержит также двухрядный или многорядный подшипник, обеспечивающий возможность поворота продольного сегмента относительно одной из частей вертлюжного соединителя, шарнирно соединенной с его другой частью. 18. Система перфорирования скважины по п.1, в которой оси соседних частей вертлюжного переходника имеют возможность поворота в шарнире друг относительно друга на угол вплоть до 15°. 19. Скважинный инструмент, содержащий по меньшей мере два вытянутых в длину сегмента и по меньшей мере один расположенный между соседними вытянутыми в длину сегментами и соединяющий их друг с другом вертлюжный переходник, который состоит из двух частей, одни концы которых шарнирно соединены друг с другом, а другие концы крепятся к вытянутым в длину сегментам. 20. Скважинный инструмент по п.19, в котором две части вертлюжного переходника соединены друг с другом шаровым шарниром. -4- 006365 Фиг. 1 Фиг. 2 Фиг. 3 Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6 -5-