ОТКЛОНЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРЕЗКИ ОКНА В ОБСАДНОЙ КОЛОННЕ СКВАЖИНЫ Российский патент 2018 года по МПК E21B7/08 E21B29/06 

Изобретение относится к устройствам для бурения, размещаемым в скважинах, а именно к отклоняющим устройствам с гидравлическим узлом крепления в обсадной колонне скважины для вырезки фрезером-райбером окна в обсадной колонне с целью последующего бурения бокового ствола эксплуатационной скважины.

Известно однопроходное устройство с уипстоком для образования окна в обсадной трубе скважины, содержащее уипсток с основной отклоняющей поверхностью, имеющий фрезерный инструмент, прикрепленный к его верхнему краю с возможностью разъединения, пакер или анкер, прикрепленный к его нижнему краю и выполненный с возможностью установки для фиксации глубины расположения уипстока до прорезания фрезерным инструментом окна в стенке обсадной трубы, при этом верхний край уипстока выполнен в виде наклонной поверхности, угол наклона которой к оси скважины больше, чем угол наклона основной отклоняющей поверхности к оси скважины, место перехода между наклонной поверхностью и основной отклоняющей поверхностью расположено так, что при совместном действии концевых и боковых резцов фрезерного инструмента в момент, когда его ведущая кромка переходит с наклонной поверхности на основную отклоняющую поверхность, происходит прорезание обсадной трубы (US 6050334 A, 07.07.1995).

Недостатком известной конструкции является неполная возможность получения окна с гладкими кромками в стенке обсадной трубы вследствие неплотного прижатия верхней части отклоняющего клина, соединенной шарнирно с его нижней частью, к стенке обсадной трубы, что снижает надежность закрепления отклоняющего клина в его верхней части, способствует появлению истирающего действия стружки, повышает уровень вибрации, снижает режущую способность фрезерного инструмента, не обеспечивает повышения ресурса фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной трубе скважины за одну спуско-подъемную операцию.

Недостаток известной конструкции объясняется расположением "вкруговую по окружности" двух рядов плашек гидравлического пакера внутри обсадной трубы, что обеспечивает закрепление узла опоры и отклоняющего клина соосно относительно центральной продольной оси обсадной трубы, вследствие этого верхняя часть отклоняющего клина, соединенная шарнирно с его нижней частью, неплотно прилегает к стенке обсадной трубы, что снижает надежность закрепления клина в его верхней части, повышает уровень вибрации, способствует появлению истирающего действия стружки, снижает режущую способность фрезерного инструмента и повышает стоимость вырезки окна в обсадной трубе скважины.

Другим недостатком известной конструкции является недостаточная надежность закрепления отклоняющего клина в обсадной колонне вследствие возможности сдвига закрепленного гидравлического анкера вдоль стенки обсадной трубы, а также отклонения вдоль центральной продольной оси анкера, вызываемого действием нагрузки, действующей на колонну бурильных труб, в нижней части которой закреплена известная конструкция, и действующей на верхнюю часть уипстока, выполненную в виде наклонной поверхности.

Недостатком известной конструкции является также сложность ее распорной части, что не обеспечивает экономических преимуществ в эксплуатации, не гарантирует заданного отсоединения деталей, скрепленных срезными болтами, при этом устройство анкерного пакера представляет собой систему из множества элементов, а разрушение одного из элементов приводит к отказу в работе всей конструкции.

Например, цилиндр 16 под поршнем 17 предназначен для образования гидравлической камеры 19, которая предварительно наполняется текучей средой, при этом для наполнения цилиндра 19 поршень 17 снабжен заправляющей трубой 20' со съемной концевой крышкой 21'.

Указанная камера 19 соединена с гидравлическим пакером через дополнительную камеру 20, образованную в главной фрезе, гибкий шланг или трубу 21, проходящую от ниппеля 22, присоединенного к главной фрезе 5 вдоль поверхности верхней части уипстока 6 и через осевое отверстие 23, выполненное в уипстоке 6.

На нижнем краю уипстока 6 труба 21 соединяется с рабочей камерой 24 гидравлического пакера 7, камера 20 во время фрезерования используется для прохождения промывочной жидкости от буровой колонны к промывочным окнам 25 в главной фрезе 5, при этом для предотвращения потерь гидравлической жидкости через промывочные окна 25 перед началом фрезерования внутри камеры 20 расположено средство 26, отводящее поток, которое изолирует камеру 20 от промывочных окон 25, причем средство, отводящее поток, удерживается в начальном положении срезаемым кольцом 27.

Известно однопроходное устройство с уипстоком для образования окна в обсадной трубе скважины, содержащее отклоняющий клин, фрезу с приспособлением для подачи жидкости к отклоняющему клину, срезной болт, соединяющий фрезу с отклоняющим клином, узел соединения отклоняющего клина с анкерным пакером, анкерный пакер, отверстие для жидкости, проходящее в отклоняющем клине и анкерном пакере, при этом отклоняющий клин имеет лицевую поверхность, по которой перемещается фреза, агрегат анкерного пакера включает в себя цилиндрический сердечник с отверстием, проходящим по трубе, непосредственно связан с верхним краем сердечника, который закреплен к кожуху резьбой, имеется ведущий цилиндр, соединенный с верхним краем кожуха, при этом цилиндр имеет сквозной проход по центру и своим верхним концом соединен с трубой, на конце которой имеется клапан, нижняя часть направляющего клина жестко связана с пакерным агрегатом кольцевым рукавом, болтом и соединительной муфтой, навинченной на нижний край направляющего клина, рукав закреплен болтом, нижний край сердечника включает наружный уступ, являющийся опорой для анкерного пакера, при этом анкерный пакер включает плашки, размещенные вкруговую над уступом, который совместно с клиньями усиливает закрепление плашек в стенке обсадной трубы и на сердечнике, клинья закреплены срезными болтами, верхние плашки расположены под подвижной муфтой, которая обеспечивает закрепление сердечника в скважине и закреплена срезным болтом, внутри кожуха имеется поршень, который скользит по стенке кожуха, а также имеется поршень в виде штанги, который перемещает подвижную пластину под поршнем внутри кожуха, при этом поршень внутри кожуха под действием жидкости опускается на пластину внутри трубы, пластина перемещает муфту вниз и агрегат анкерного пакера фиксируется в заданном направлении (US 4397355 A, 29.05.1981).

Недостатком известной конструкции является неполная возможность получения окна с гладкими кромками в стенке обсадной трубы скважины вследствие неплотного прижатия верхней части отклоняющего клина, соединенной шарнирно с его нижней частью, к стенке обсадной трубы, что снижает надежность закрепления отклоняющего клина в его верхней части, повышает уровень вибрации, снижает режущую способность фрезерного инструмента, способствует появлению истирающего действия стружки, не обеспечивает повышения ресурса фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной трубе скважины за одну спуско-подъемную операцию.

Недостаток известной конструкции объясняется расположением "вкруговую по окружности" двух рядов плашек гидравлического пакера внутри обсадной трубы, что обеспечивает закрепление узла опоры и отклоняющего клина соосно относительно центральной продольной оси обсадной трубы скважины.

Вследствие этого верхняя часть отклоняющего клина, соединенная шарнирно с его нижней частью, неплотно прилегает к стенке обсадной трубы, что снижает надежность закрепления отклоняющего клина в его верхней части, повышает уровень вибрации, снижает режущую способность фрезерного инструмента, способствует появлению истирающего действия стружки, повышает стоимость вырезки окна в обсадной трубе скважины.

Недостатком известной конструкции является также сложность ее распорной части, что не обеспечивает экономических преимуществ в эксплуатации, не гарантирует заданного отсоединения деталей, скрепленных срезными болтами, при этом устройство анкерного пакера представляет собой систему из множества элементов, а разрушение одного из элементов приводит к отказу в работе всей конструкции.

Известен гидравлический отклонитель, содержащий клин-отклонитель с наклонной поверхностью, выполненной в виде желоба, узел опоры, включающий цилиндрический полый корпус с окнами для плашек, расположенный в полом корпусе распорный элемент с наклонными поверхностями, на которых с возможностью перемещения размещены плашки, имеющие на лицевой поверхности зубья, а с тыльной стороны - паз, соответствующий Т-образному выступу на наклонной поверхности распорного элемента, гидравлическую камеру и гибкий шланг высокого давления для подачи промывочной жидкости в гидравлическую камеру, при этом гидравлический отклонитель снабжен размещенными между клином-отклонителем и цилиндрическим корпусом узла опоры переходником и пакерами, распорный элемент имеет направляющую часть, выполненную внизу в виде поршня, и переходящую в распорную часть, выполненную в виде трехгранной усеченной пирамиды, ребра которой образованы наклонной поверхностью и имеют выступы под плашки, зубья которых выполнены с наклоном вниз, а плашки радиально размещены в окнах, выполненных в нижней части цилиндрического корпуса узла опоры под углом 120° относительно друг друга, в верхней части корпуса узла опоры выполнена кольцевая расточка и упор, образующие с цилиндрической поверхностью направляющей части распорного элемента гидравлическую камеру, которая связана с гибким шлангом посредством выполненных в переходнике и в направляющей части распорного элемента полостей, последняя из которых связана с гидравлической камерой через распределитель, выполненный в направляющей части в виде трех сквозных под углом 120° относительно друг друга отверстий, а корпус узла опоры установлен с возможностью перемещения вдоль направляющей части распорного элемента, на торце цилиндрического корпуса узла опоры размещена заглушка, закрепленная резьбовым соединением с распорной частью распорного элемента, между внутренней поверхностью цилиндрического корпуса узла опоры и внешней поверхностью распорного элемента установлены уплотнители (RU 2311522 C1, 27.11.2007).

В известной конструкции закрепление спущенного в скважину клина-отклонителя осуществляется подачей по гибкому шлангу высокого давления в гидравлический узел крепления промывочной жидкости под давлением, в результате чего происходит закрепление клина-отклонителя в скважине плашками и уплотнение его пакерами.

Недостатком известной конструкции является недостаточная надежность закрепления клина-отклонителя в обсадной колонне из-за того, что при закреплении происходит одновременно выдвижение упорных плашек и сжатие пакеров, выполненных из эластомерных уплотнительных элементов, при этом после закрепления за счет упругой деформации уплотнительные элементы пакера ослабляют осевые усилия расклинивания упорных плашек.

Известная конструкция при эксплуатации требует также проведения сложных технологических работ, так как для срабатывания пакеров необходим подбор их с условием, чтобы наружный диаметр пакера строго соответствовал внутреннему диаметру обсадной трубы скважины.

При этом известная конструкция не позволяет производить промывку скважины промывочной жидкостью при спуске в скважину, что необходимо, например, для удаления нефтепарафиновых отложений со стенок обсадной колонны скважины.

Недостатком известной конструкции являются также отказы в работе гидравлического якорного устройства, вызываемые засорением гибкого шланга высокого давления абразивными частицами промывочной жидкости, окалиной или металлической стружкой вследствие замкнутой (тупиковой) системы подачи промывочной жидкости в гидравлический узел крепления.

Другим недостатком известной конструкции является необходимость фрезерования в скважине армированного стальной проволокой гибкого шланга высокого давления, который наматывается на фрезерный инструмент, что приводит к повышению уровня вибрации, снижению режущей способности фрезерного инструмента, уменьшает ресурс фрезерного инструмента и повышает стоимость вырезки окна в обсадной колонне скважины.

Известна компоновка инструментов для прорезки бокового окна в обсадной колонне скважины, включающая закрепленный на колонне бурильных труб полый фрезер-райбер, к которому на срезном элементе подвешен отклоняющий клин, снабженный устройством его крепления в обсадной колонне в виде гидравлического узла крепления с каналом подачи в него бурового раствора, при этом в полом фрезере-райбере выполнен продольный сквозной канал, между отклоняющим клином и гидравлическим узлом крепления установлены соединенные между собой с внутренними осевыми сквозными каналами механический узел крепления и разъединительный узел, в желобной части отклоняющего клина выполнен соосный сквозной канал, в который установлен вставной трубопровод для обеспечения гидравлического сообщения полости колонны бурильных труб с внутренним пространством обсадной колонны скважины через гидравлическую насадку гидравлического узла крепления, а в канале подачи бурового раствора на пути в полый фрезер-райбер установлена телеметрическая система с гидравлическим каналом связи (RU 2410525 C1, 27.01.2011).

Недостатком известной конструкции, выполненной в виде гидравлического цангового якоря (В) в обсадной колонне с каналом подачи в него бурового раствора, узла поворота (Б) при ориентации и механического узла (А) крепления направляющей поверхности отклоняющего клина, является неполная возможность повышения надежности предварительного крепления отклоняющего клина гидравлическим цанговым якорем (В), а также окончательного закрепления механического узла (А) крепления направляющей поверхности отклоняющего клина относительно стенки обсадной трубы.

Для окончательного механического крепления и фиксации плашек механического узла (А) крепления отклоняющего клина необходима разгрузка колонны бурильных труб (поддержание части веса бурильной колонны на талевой системе бурового станка) и подача колонны бурильных труб вниз - в сторону предварительно закрепленного гидравлического цангового якоря (В) в обсадной колонне скважины с каналом подачи в него бурового раствора, срезания болта-штифта (18) в узле поворота (Б) при ориентации, что снижает точность проводки скважины, повышает стоимость вырезки окна в обсадной колонне при проходке скважины за одну спуско-подъемную операцию.

Недостатком известной конструкции является также неполная возможность упрощения конструкции, повышения надежности закрепления отклоняющего клина в его верхней части, например, путем использования единого гидравлического узла крепления отклоняющего клина в обсадной колонне одной зубчатой плашкой, с каналом подачи в него бурового раствора, поступающего через колонну бурильных труб, а также неполная возможность повышения ресурса и надежности фрезера-райбера для вырезки окна в обсадной колонне скважины за одну спуско-подъемную операцию.

Другим недостатком известной конструкции является неполная возможность получения окна с гладкими кромками в стенке обсадной трубы вследствие неплотного прилегания верхней части отклоняющего клина, соединенной шарнирно с его нижней частью, к стенке обсадной трубы, что снижает надежность закрепления отклоняющего клина в его верхней части, а также снижает проходимость компоновки низа бурильной колонны при последующем бурении бокового ствола эксплуатационной скважины.

Вследствие неплотного прилегания верхней части отклоняющего клина, соединенного шарнирно с его нижней частью, к стенке обсадной трубы, не исключается также возможность застревания бурильной колонны в направлении вниз - к забою скважины, при спуске бурильной колонны через окно в обсадной колонне и бурении бокового ствола эксплуатационной скважины, что объясняется упором одного из торцов хвостовика бурильной колонны, преимущественно при зенитных углах ствола скважины более 20 град., в торец закрепленного в скважине отклоняющего клина в его верхней части.

Недостатки известной конструкции объясняются расположением "вкруговую по окружности" гидравлического цангового якоря (В), а также закреплением механического узла (А) упорной плашки 10 относительно стенки обсадной трубы методом разгрузки колонны бурильных труб (поддержанием части веса бурильной колонны на талевой системе бурового станка) и подачей колонны бурильных труб вниз - в сторону предварительно закрепленного гидравлического цангового якоря (В) в обсадной колонне скважины с каналом подачи в него бурового раствора, срезания болта-штифта (18) в узле поворота (Б), а также азимутальной ориентации отклоняющего клина без подачи бурового раствора в скважину.

Другим недостатком известной конструкции является то, что при подаче колонны бурильных труб вниз при помощи талевой системы бурового станка для окончательного закрепления механического узла (А) упорной плашки 10 относительно стенки обсадной трубы необходимо учитывать продольное смещение компоновки инструментов для прорезки бокового окна в обсадной колонне скважины, включающей закрепленный на колонне бурильных труб полый фрезер-райбер, к которому на срезном элементе подвешен отклоняющий клин, снабженный устройством его крепления в обсадной колонне в виде гидравлического узла крепления с каналом подачи в него бурового раствора, что снижает точность проводки скважины, повышает стоимость вырезки окна в обсадной трубе скважины за одну спуско-подъемную операцию.

При этом нижняя часть отклоняющего клина (гидравлического цангового якоря В, 19, 15, 25) устанавливается соосно центральной оси отклонителя, образуя зазор между стенкой скважины и нижней частью клина, а верхняя часть (А) отклоняющего клина неплотно прилегает к стенке скважины, что снижает надежность закрепления отклоняющего клина, повышает уровень вибрации, снижает режущую способность фрезерного инструмента, способствует появлению истирающего действия стружки, повышает стоимость вырезки окна в обсадной трубе скважины.

Другим недостатком известной конструкции является то, что в нем не предусмотрено аварийное устройство, предназначенное для перекрытия части канала внутри фрезера-райбера с целью создания необходимого перепада давления бурового раствора для привода узла гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне при заданном расходе бурового раствора, создаваемого штатным насосом буровой установки, а также не предусмотрена возможность образования обводного канала для промывки скважины буровым раствором.

Другим недостатком известной конструкции является неполная возможность падения под действием силы тяжести вставного трубопровода (5) внутрь сквозного канала (4) из-за плотной (герметичной) посадки внутреннего и наружного уплотнений из эластомера в нижней части вставного трубопровода (5) после срезания болта (7) методом натяжения колонны бурильных труб (при помощи талевой системы бурового станка), при этом происходит изгиб и скручивание вставного трубопровода (5) зарезной (торцовой) частью резцов фрезера-райбера.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является отклоняющее устройство для вырезки окна в обсадной колонне скважины, содержащее закрепленный на колонне бурильных труб полый фрезер-райбер, к которому на срезном элементе подвешен отклоняющий клин, снабженный узлом гидравлического крепления в обсадной колонне с каналом подачи в него бурового раствора, поступающего через колонну бурильных труб, при этом отклоняющий клин выполнен с наклонной поверхностью в виде желоба, узел гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне снабжен распорным элементом и, по меньшей мере, одной плашкой, имеющей на внешней поверхности зубья, а канал подачи бурового раствора выполнен в виде трубопровода, соединяющего внутреннюю полость фрезера-райбера и узел гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне, при этом отклоняющее устройство содержит коаксиально установленные внутри полого фрезера-райбера ловильную гильзу с внутренним буртом и циркуляционными отверстиями и сопловой жиклер с центральным каналом и седлом для сбросового шара, направленным против потока бурового раствора, сопловой жиклер размещен внутри ловильной гильзы, внутренний бурт ловильной гильзы расположен ниже по потоку бурового раствора от соплового жиклера, сопловой жиклер соединен с ловильной гильзой срезными винтами и установлен внутри ловильной гильзы с возможностью скольжения, при этом узел гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне содержит гильзу цилиндра, скрепленную с распорным элементом отклоняющего клина, полый шток, размещенный внутри гильзы цилиндра, резьбовой колпак, скрепленный с нижней частью гильзы цилиндра, кольцевой поршень, размещенный с возможностью скольжения между гильзой цилиндра и полым штоком, опорную втулку, соединенную срезными винтами с кольцевым поршнем, причем опорная втулка размещена в расточке нижней части гильзы цилиндра и зафиксирована в гильзе цилиндра резьбовым колпаком, а также содержит упругую тягу, скрепленную с кольцевым поршнем и плашкой через сквозной паз на торце распорного элемента отклоняющего клина, полый шток сообщен с трубопроводом, соединяющим внутреннюю полость фрезера-райбера и узел гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне, а полость, образованная гильзой цилиндра, полым штоком, резьбовым колпаком и кольцевым поршнем, сообщена с полостью полого штока (RU 2481452 C2, 10.05.2013).

Недостатком известной конструкции является неполная возможность повышения надежности закрепления отклоняющего устройства в обсадной колонне скважины вследствие высокой вероятности обрыва и нарушения герметичности присоединенного к резьбовому отверстию в боковой стенке фрезера-райбера штуцера трубопровода, соединяющего внутреннюю полость фрезера-райбера и узел гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне, при спуске компоновки низа бурильной колонны (КНБК) с отклоняющим устройством и фрезером-райбером сквозь изогнутую колонну обсадных труб к заданному интервалу вырезки окна.

Недостатком известной конструкции является также неполная возможность повышения режущей способности фрезера-райбера, повышения точности вырезки окна в обсадной колонне скважины и получения окна с гладкими кромками в стенке обсадной трубы вследствие высокой вероятности наматывания трубопровода на фрезер-райбер после отрыва трубопровода натяжением бурильной колонны, что способствует появлению истирающего действия стружки, повышает уровень вибрации, снижает режущую способность фрезерного инструмента, не обеспечивает повышения ресурса фрезера-райбера для вырезки окна в обсадной трубе скважины за одну спуско-подъемную операцию, а также снижает проходимость компоновки низа бурильной колонны при последующем бурении бокового ствола эксплуатационной скважины через окно в обсадной колонне скважины.

Недостатком известного отклоняющего устройства для вырезки окна в обсадной колонне скважины является также неполная возможность снижения стоимости восстановления твердосплавного вооружения фрезера-райбера путем удаления газовой горелкой ("сдувания") наплавки твердого сплава и режущих пластин, скрепленных наплавкой крошки твердого сплава с боковыми и лобовыми гранями, вследствие того, что отверстие под штуцер при восстановлении твердосплавного вооружения фрезера-райбера заполняется наплавкой крошки твердого сплава.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение - повышение надежности закрепления отклоняющего устройства в обсадной колонне скважины, упрощение конструкции, снижение аварийности и стоимости бурильных работ, обеспечение фрезерования с гладкими кромками, повышение режущей способности фрезера-райбера и точности вырезки окна в обсадной колонне за одну спуско-подъемную операцию путем выполнения ловильной гильзы с собственным каналом для текучей среды, расположенным внутри боковой стенки и внутреннего бурта ловильной гильзы, и соединения трубопровода с выходным каналом для текучей среды на торце ловильной гильзы через промывочное отверстие, расположенное на лобовом торце фрезера-райбера, а также за счет присоединения трубопровода к ловильной гильзе штуцером, содержащим кольцевую канавку с уменьшенным поперечным сечением стенки штуцера, с возможностью отрыва трубопровода от штуцера натяжением бурильной колонны.

Другая техническая задача - снижение стоимости восстановления твердосплавного вооружения фрезера-райбера за счет выполнения боковой стенки фрезера-райбера сплошной и соединения трубопровода между узлом гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне скважины и выходным каналом на торце ловильной гильзы через промывочное отверстие, расположенное на лобовом торце фрезера-райбера.

Другая техническая задача - повышение надежности привода узла гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне скважины за счет активирования узла гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне аварийным устройством - сбросовым шаром и создания необходимого перепада давления текучей среды, создаваемого штатным насосом буровой установки.

Сущность технического решения заключается в том, что в отклоняющем устройстве для вырезки окна в обсадной колонне скважины, содержащем закрепленный на колонне бурильных труб полый фрезер-райбер, имеющий промывочное отверстие на лобовом торце, к фрезеру-райберу на срезном элементе подвешен отклоняющий клин, снабженный узлом гидравлического крепления в обсадной колонне с каналом подачи в него текучей среды, прокачиваемой через колонну бурильных труб, отклоняющий клин выполнен с наклонной поверхностью в виде желоба, узел гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне снабжен распорным элементом и, по меньшей мере, одной плашкой, имеющей на внешней поверхности зубья, а канал подачи текучей среды выполнен в виде трубопровода, соединяющего внутреннюю полость фрезера-райбера и узел гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне, а также содержащем установленные внутри полого фрезера-райбера ловильную гильзу с внутренним буртом и циркуляционными отверстиями и сопловой жиклер с центральным каналом и седлом для сбросового шара, направленным против потока текучей среды, сопловой жиклер размещен внутри ловильной гильзы, внутренний бурт ловильной гильзы расположен ниже по потоку текучей среды от соплового жиклера, сопловой жиклер соединен с ловильной гильзой срезными винтами и установлен внутри ловильной гильзы с возможностью скольжения, при этом узел гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне содержит гильзу цилиндра, скрепленную с распорным элементом отклоняющего клина, полый шток, размещенный внутри гильзы цилиндра, резьбовой колпак, скрепленный с нижней частью гильзы цилиндра, кольцевой поршень, размещенный с возможностью скольжения между гильзой цилиндра и полым штоком, опорную втулку, соединенную срезными винтами с кольцевым поршнем, причем опорная втулка размещена в расточке нижней части гильзы цилиндра и зафиксирована в гильзе цилиндра резьбовым колпаком, а также содержит упругую тягу, скрепленную с кольцевым поршнем и плашкой через сквозной паз на торце распорного элемента отклоняющего клина, полый шток сообщен с трубопроводом, соединяющим внутреннюю полость фрезера-райбера и узел гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне, а полость, образованная гильзой цилиндра, полым штоком, резьбовым колпаком и кольцевым поршнем, сообщена с полостью полого штока, согласно изобретению ловильная гильза снабжена собственным каналом для текучей среды, расположенным внутри ее боковой стенки и внутреннего бурта, вход канала внутри боковой стенки ловильной гильзы расположен на торце ловильной гильзы, направленном против потока текучей среды, выход канала во внутреннем бурте ловильной гильзы расположен на торце ловильной гильзы, направленном в сторону узла гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне, а трубопровод для подачи текучей среды в узел гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне соединен с выходом канала на торце ловильной гильзы через промывочное отверстие, расположенное на лобовом торце фрезера-райбера, при этом указанный трубопровод в месте присоединения к ловильной гильзе снабжен штуцером, содержащим кольцевую канавку с уменьшенным поперечным сечением стенки штуцера, с возможностью отрыва трубопровода от штуцера натяжением бурильной колонны.

Отклоняющий клин, выполненный с наклонной поверхностью в виде желоба, и узел гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне скважины, снабженный плашкой с зубьями, жестко скреплены между собой резьбой, выполненной с наружными упорными торцами, и снабжены регулировочным кольцом, размещенным между наружными упорными торцами резьбы, с возможностью установки плоскости симметрии плашки с зубьями в узле гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне скважины относительно плоскости симметрии наклонной поверхности в виде желоба в отклоняющем клине.

Отклоняющее устройство снабжено сбросовым шаром, перекрывающим центральный канал соплового жиклера с возможностью создания давления текучей среды для срезания винтов между сопловым жиклером и ловильной гильзой, а также для срезания винтов между кольцевым поршнем и опорной втулкой и привода узла гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне, а при контакте соплового жиклера с внутренним буртом ловильной гильзы - с возможностью образования обводного канала через циркуляционные отверстия ловильной гильзы во внутреннюю полость фрезера-райбера.

Выполнение отклоняющего устройства для вырезки окна в обсадной колонне скважины таким образом, что ловильная гильза снабжена собственным каналом для текучей среды, расположенным внутри ее боковой стенки и внутреннего бурта, вход канала внутри боковой стенки ловильной гильзы расположен на торце ловильной гильзы, направленном против потока текучей среды, выход канала во внутреннем бурте ловильной гильзы расположен на торце ловильной гильзы, направленном в сторону узла гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне, а трубопровод для подачи текучей среды в узел гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне соединен с выходом канала на торце ловильной гильзы через промывочное отверстие, расположенное на лобовом торце фрезера-райбера, при этом указанный трубопровод в месте присоединения к ловильной гильзе снабжен штуцером, содержащим кольцевую канавку с уменьшенным поперечным сечением стенки штуцера, с возможностью отрыва трубопровода от штуцера натяжением бурильной колонны, повышает надежность закрепления отклоняющего устройства для вырезки окна в обсадной колонне скважины, снижает аварийность и стоимость бурильных работ за счет предотвращения обрыва трубопровода и нарушения его герметичности при спуске бурильной колонны с отклоняющим устройством и фрезером-райбером в заданный интервал вырезки окна в обсадной колонне скважины, предотвращения наматывания трубопровода на фрезер-райбер при прорезании бокового окна в стенке обсадной трубы, а также за счет снижения уровня вибрации, повышения режущей способности фрезера-райбера и точности вырезки окна в обсадной колонне скважины за одну спуско-подъемную операцию.

При этом за счет выполнения боковой стенки фрезера-райбера сплошной (без резьбового отверстия) снижается стоимость восстановления твердосплавного вооружения фрезера-райбера при удалении газовой горелкой ("сдувания") наплавки твердого сплава и режущих пластин, скрепленных наплавкой крошки твердого сплава с боковыми и лобовыми гранями, радиально направленными наружу выступами, торцевыми выступами и торцевой впадиной, образующими модуль зарезной и проходной секции фрезера-райбера.

Указанное выполнение отклоняющего устройства для вырезки окна в обсадной колонне скважины обеспечивает также прямую и обратную промывку ствола скважины во время спуска и подъема бурильной колонны, уменьшает шламование гидравлического канала установленной внутри полого фрезера-райбера ловильной гильзы с внутренним буртом и циркуляционными отверстиями и соплового жиклера с центральным каналом и седлом для сбросового шара, а также при срезе винтов, соединяющих сопловой жиклер и ловильную гильзу, и контакте торца соплового жиклера с внутренним буртом ловильной гильзы, когда образуется обводной кольцевой канал для текучей среды - бурового раствора через циркуляционные отверстия ловильной гильзы во внутреннюю полость фрезера-райбера и на выход промывочных отверстий для охлаждения и смазки режущих зубьев фрезера-райбера при фрезеровании стенки обсадной трубы и для промывки скважины.

Выполнение отклоняющего устройства для вырезки окна в обсадной колонне скважины таким образом, что отклоняющий клин, выполненный с наклонной поверхностью в виде желоба, и узел гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне скважины, снабженный плашкой с зубьями, жестко скреплены между собой резьбой, выполненной с наружными упорными торцами, и снабжены регулировочным кольцом, размещенным между наружными упорными торцами резьбы, с возможностью установки плоскости симметрии плашки с зубьями в узле гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне скважины относительно плоскости симметрии наклонной поверхности в виде желоба в отклоняющем клине, упрощает конструкцию, обеспечивает экономические преимущества в эксплуатации.

Выполнение отклоняющего устройства для вырезки окна в обсадной колонне скважины таким образом, что оно снабжено сбросовым шаром, перекрывающим центральный канал соплового жиклера с возможностью создания давления текучей среды для срезания винтов между сопловым жиклером и ловильной гильзой, а также для срезания винтов между кольцевым поршнем и опорной втулкой и привода узла гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне, а при контакте соплового жиклера с внутренним буртом ловильной гильзы - с возможностью образования обводного канала через циркуляционные отверстия ловильной гильзы во внутреннюю полость фрезера-райбера, повышает надежность привода узла гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне за счет создания необходимого давления текучей среды - бурового раствора при заданном расходе, создаваемого штатным насосом буровой установки, обеспечивает прямую и обратную промывку ствола скважины во время спуска и подъема бурильной колонны, уменьшает шламование гидравлического канала установленной внутри полого фрезера-райбера ловильной гильзы с внутренним буртом и циркуляционными отверстиями, соплового жиклера с центральным каналом и седлом для сбросового шара, а также при контакте торца соплового жиклера с внутренним буртом ловильной гильзы, когда образуется обводной канал для текучей среды через циркуляционные отверстия ловильной гильзы во внутреннюю полость фрезера-райбера для охлаждения и смазки режущих зубьев фрезера-райбера и для промывки скважины.

Такое выполнение отклоняющего устройства позволяет использовать штатный насос буровой установки для закрепления отклоняющего устройства в обсадной колонне сложной изогнутой скважины с большим гидравлическим сопротивлением, а также позволяет использовать скважинный модуль телеметрической MWD системы с электромагнитным каналом связи, например E-Pulse XR475 (Schlumberger), для ориентирования по азимуту отклоняющего клина, выполненного с наклонной поверхностью в виде желоба.

Ниже представлено отклоняющее устройство для вырезки окна в обсадной колонне из труб наружным диаметром 168 мм по ГОСТ 632-80 в скважине с узлом гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне.

На фиг. 1 изображен общий вид отклоняющего устройства, подвешенного на срезном винте фрезера-райбера в колонне бурильных труб внутри обсадной колонны.

На фиг. 2 изображен общий вид отклоняющего устройства и фрезера-райбера в колонне бурильных труб в закрепленном зубчатой плашкой положении узла гидравлического крепления отклоняющего клина внутри обсадной колонны.

На фиг. 3 изображен элемент I на фиг. 1 ловильной гильзы с циркуляционными отверстиями и соплового жиклера с центральным каналом, срезными винтами и седлом для сбросового шара.

На фиг. 4 изображен элемент II на фиг. 1 кольцевого поршня и опорной втулки со срезными винтами, а также гильзы цилиндра, резьбового колпака и тяги, скрепленной с кольцевым поршнем, для привода узла гидравлического крепления отклоняющего клина внутри обсадной колонны.

На фиг. 5 изображен элемент III на фиг. 1 зубьев плашки, выполненных в форме треугольного профиля.

На фиг. 6 изображен элемент IV на фиг. 1 резьбового крепления отклоняющего клина и распорного элемента в узле гидравлического крепления отклоняющего клина внутри обсадной колонны.

На фиг. 7 изображен элемент V на фиг. 1 ловильной гильзы с циркуляционными отверстиями и соплового жиклера с центральным каналом, седлом и сбросовым шаром.

На фиг. 8 изображен разрез А-А на фиг. 1 поперек отклоняющего клина и зарезного фрезера-райбера внутри обсадной колонны.

На фиг. 9 изображен разрез Б-Б на фиг. 2 поперек Т-образной направляющей в узле гидравлического крепления отклоняющего клина и пазов плашки внутри обсадной колонны.

На фиг. 10 изображен элемент VI на фиг. 1 ловильной гильзы с циркуляционными отверстиями и соплового жиклера с центральным каналом и седлом, со срезанными винтами и сбросовым шаром.

Отклоняющее устройство для вырезки окна в обсадной колонне скважины содержит закрепленный на колонне бурильных труб 1 полый фрезер-райбер 2, включающий зарезной фрезер-райбер 3, проходной фрезер-райбер 4 и калибрующий фрезер-райбер 5 с закрепленными в зарезном фрезере-райбере 3 и проходном фрезере-райбере 4 режущими пластинами 6 и режущими пластинами 7 из твердого сплава ВК-12, причем наружные и лобовые поверхности винтовых лопастей калибрующего фрезера-райбера 5 скреплены с наплавочными стрежнями, выполненными из дробленой крошки твердого сплава ВК-12 в связке на основе меди и никеля (Slimmcutt 1/16ʺ 250 gm 60/40 Flux Coated), при этом зарезной фрезер-райбер 3 и проходной фрезер-райбер 4 выполнены в виде единого полого корпуса 8, который при помощи резьбы 9 скреплен с калибрующим фрезером-райбером 5, а калибрующий фрезер-райбер 5 скреплен с колонной бурильных труб 1 при помощи резьбы 10, изображено на фиг. 1, 2.

К полому фрезеру-райберу 2, к его входной части - зарезному фрезеру-райберу 3, на срезном винте 11 подвешен отклоняющий клин 12, снабженный узлом 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 в обсадной колонне 14 с каналом 15 подачи в узел 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 текучей среды 16, прокачиваемой через колонну бурильных труб 1, например, полимерглинистого бурового раствора плотностью 2,2 г/см³, вязкостью 90 с, содержащего твердые фазы раствора - песка с размерами 0,15÷0,95 мм, содержание песка не более 1% и до 5% нефтепродуктов, изображено на фиг. 1, 2.

Отклоняющий клин 12 выполнен с наклонной поверхностью 17 в виде желоба 18, узел 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 в обсадной колонне 14 скважины снабжен распорным элементом 19 и плашкой 20, имеющей на внешней поверхности зубья 21, а канал 22 подачи текучей среды 16 выполнен в виде трубопровода 23, соединяющего внутреннюю полость 24 фрезера-райбера 2 и узел 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 в обсадной колонне 14 скважины, изображено на фиг. 1, 2, 3, 5, 8, 9.

Отклоняющее устройство для вырезки окна в обсадной колонне 14 скважины содержит установленные внутри полого фрезера-райбера 2, по существу, внутри единого полого корпуса 8, включающего зарезной фрезер-райбер 3 и проходной фрезер-райбер 4, ловильную гильзу 25 с внутренним буртом 26 (поперечной стенкой) и циркуляционными отверстиями 27, и сопловой жиклер 28 с центральным каналом 29 и коническим седлом 30 (для сбросового шара), направленным против потока текучей среды 16, при этом сопловой жиклер 28 размещен внутри ловильной гильзы 25, внутренний бурт 26 ловильной гильзы 25 расположен ниже по потоку текучей среды 16 от соплового жиклера 28, сопловой жиклер 28 соединен с ловильной гильзой 25 срезными винтами 31 и установлен внутри ловильной гильзы 25 с возможностью скольжения, изображено на фиг. 1, 2, 3.

Узел 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 в обсадной колонне 14 скважины содержит гильзу цилиндра 32, скрепленную резьбой 33 с распорным элементом 19 отклоняющего клина 12, полый шток 34, размещенный внутри гильзы цилиндра 32, резьбовой колпак 35, скрепленный с нижней частью 36 гильзы цилиндра 32 резьбой 37, кольцевой поршень 38 с уплотнениями 39, 40 из эластомерного материала, размещенный с возможностью скольжения между гильзой цилиндра 32 и полым штоком 34, опорную втулку 41, соединенную срезными винтами 42 с кольцевым поршнем 38, причем опорная втулка 41 размещена в расточке 43 нижней части 36 гильзы цилиндра 32 и зафиксирована в гильзе цилиндра 32 резьбовым колпаком 35 при помощи резьбы 37, изображено на фиг. 1, 2, 4.

Узел 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 в обсадной колонне 14 содержит упругую тягу 44, скрепленную винтами 45 с кольцевым поршнем 38 и скрепленную болтами 46 с плашкой 20 через сквозной паз 47 на торце 48 распорного элемента 19 отклоняющего клина 12, полый шток 34 сообщен с трубопроводом 23, соединяющим внутреннюю полость 24 фрезера-райбера 2 и узел 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 в обсадной колонне 4, изображено на фиг. 1, 2, 4.

Полый шток 34 снабжен радиальными отверстиями 49, сообщающими полость 50, образованную гильзой цилиндра 32, полым штоком 34, резьбовым колпаком 35 и кольцевым поршнем 38 с уплотнениями 39, 40 из эластомерного материала, с полостью 15 указанного полого штока 34, изображено на фиг. 1, 4.

Ловильная гильза 25 снабжена собственным каналом 51 для текучей среды 16, расположенным внутри ее боковой стенки 52 и внутреннего бурта 26, вход 53 канала 51 внутри боковой стенки 52 ловильной гильзы 25 расположен на торце 54 ловильной гильзы 25, направленном против потока текучей среды 16, выход 55 канала 51 во внутреннем бурте 26 ловильной гильзы 25 расположен на торце 56 ловильной гильзы 25, направленном в сторону узла 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 в обсадной колонне 14, изображено на фиг. 1, 2, 3.

Трубопровод 23 для подачи текучей среды 16 в узел 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 в обсадной колонне 14 соединен с выходом 55 канала 51 на торце 56 ловильной гильзы 25 через промывочное отверстие 57 для текучей среды 16, расположенное на лобовом торце 58 полого фрезера-райбера 2, по существу, на лобовом торце зарезного фрезера-райбера 3, изображено на фиг. 1, 2, 3, 8.

Трубопровод 23 в месте 56 присоединения к ловильной гильзе 25 снабжен штуцером 59, содержащим кольцевую канавку 60 с уменьшенным поперечным сечением стенки 61 штуцера 59, с возможностью отрыва трубопровода 23 от штуцера 59 натяжением бурильной колонны 1 (талевой лебедкой бурового станка) в направлении 62, изображено на фиг. 1, 2, 3.

Отклоняющий клин 12, выполненный с наклонной поверхностью 17 в виде желоба 18, и узел 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 в обсадной колонне 14 скважины, снабженный плашкой 20 с зубьями 21, жестко скреплены между собой резьбой 63 (с заданным моментом затяжки), выполненной с наружными упорными торцами 64, 65, и снабжены регулировочным кольцом 66, размещенным между наружным упорным торцом 64 отклоняющего клина 12 и наружным упорным торцом 65 распорного элемента 19, с возможностью установки плоскости 67 симметрии плашки 20 с зубьями 21 в узле 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 в обсадной колонне 14 скважины относительно плоскости 68 симметрии наклонной поверхности 17 в виде желоба 18 в отклоняющем клине 12, изображено на фиг. 1, 2, 6, 8, 9.

Отклоняющее устройство снабжено сбросовым шаром 69, при контакте с седлом 30 соплового жиклера 28, перекрывающим центральный канал 29 соплового жиклера 28 и создающим необходимое давление текучей среды 16 через собственный канал 51 для текучей среды 16, расположенный внутри боковой стенки 52 и внутреннего бурта 26 ловильной гильзы 25, соединенный трубопроводом 23 с узлом 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12, для срезания винтов 42 между кольцевым поршнем 38 с уплотнениями 39, 40 из эластомерного материала и полым штоком 34, и опорной втулкой 41, для привода узла гидравлического крепления отклоняющего клина 12, скрепленного с распорным элементом 19, снабженным плашкой 20, имеющей на внешней поверхности зубья 21, в обсадной колонне 14 скважины, изображено на фиг. 1, 2, 7, 8.

В аварийном варианте использования отклоняющее устройство снабжено сбросовым шаром 69, при контакте с седлом 30 соплового жиклера 28, перекрывающим центральный канал 29 соплового жиклера 28 с возможностью создания необходимого давления текучей среды 16 внутри бурильной колонны 1, для срезании винтов 31 между ловильной гильзой 25 и сопловым жиклером 28, а при контакте торца 70 соплового жиклера 28 с внутренним буртом 26 ловильной гильзы 25 - с возможностью образования обводного канала через циркуляционные отверстия 27 ловильной гильзы 25 во внутреннюю кольцевую полость 71 фрезера-райбера 2, во внутреннюю центральную полость 72 фрезера-райбера 2, и далее - на выход отверстия 57 и на выход отверстий 73 для охлаждения и смазки режущих пластин фрезера-райбера 2, выноса отходов бурения и промывки скважины, изображено на фиг. 1, 2, 8, 10.

Распорный элемент 19 узла 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 в обсадной колонне 14 и плашка 20 указанного узла 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12, имеющая на внешней поверхности зубья 21, выполнены в виде направляющей 74 Т-образного выступа 75 в распорном элементе 19 узла 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 и пазов 76 плашки 20, соответствующих Т-образным выступам 75 в распорном элементе 19 узла 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12, образованных двумя Г-образными планками 77, каждая из которых скреплена резьбовыми элементами 78, изображено на фиг 1, 9.

Зубья 21 на внешней поверхности плашки 20 выполнены в форме треугольного профиля 79, ориентированного в окружном направлении относительно центральной продольной оси 80 распорного элемента 19 узла 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 в обсадной колонне 14, в поперечном сечении зубья 21 плашки 20 выполнены симметричными, в виде двух пар продольно направленных рядов 81, 82, при этом ряды 81, 82 зубьев 21 расположены вдоль края 83 и соответственно вдоль края 84 плашки 20, изображено на фиг. 1, 5, 9.

Устройство для вырезки окна в обсадной колонне скважины используют следующим образом. Отклоняющее устройство для вырезки окна в обсадной колонне 14 скважины, подвешенное на срезном винте 11 фрезера-райбера 2 в составе колонны бурильных труб 1, спускают в заданный интервал скважины для вырезки бокового окна в обсадной колонне, например, для вырезки окна для бокового ствола эксплуатационной нефтяной скважины в обсадной колонне 14 (под спуск хвостовика бурильной колонны) в интервале 1570÷1575 м, при этом ствол скважины имеет зенитный угол 29÷33 град. и интенсивность искривления 2,7 град./30 м, изображено на фиг. 1.

При спуске устройства для вырезки окна в обсадной колонне 14 скважины производят промывку буровым раствором 16 от нефтепарафиновых отложений, для промывки включают насос, например УНБ-600, буровой установки на ограниченную производительность, через колонну бурильных труб осуществляют насосную подачу текучей среды, например, полимерглинистого бурового раствора 16, плотностью 2,2 г/см³, вязкостью 90 с, содержащего твердые фазы раствора - песка с размерами 0,15÷0,95 мм, содержание песка не более 1% и до 5% нефтепродуктов, при гидростатическом давлении, например, 10÷15 МПа.

При промывке скважины во время спуска устройства для вырезки окна в обсадной колонне 14 поток бурового раствора 16 из колонны бурильных труб 1 в скважину проходит через внутреннюю полость 24 фрезера-райбера 2 и выходит через центральное отверстие 57 фрезера-райбера 2, смещенное относительно центральной продольной оси 24, и через отверстия 73 на торце 58 зарезного фрезера-райбера 3, изображено на фиг. 1, 8

После спуска бурильной колонны в заданный интервал в обсадной колонне скважины собранное, как изображено на фиг. 1, отклоняющее устройство для вырезки окна в обсадной колонне 14 скважины, подвешенное на срезном винте 11 фрезера-райбера 2 в составе колонны бурильных труб 1, ориентируют по азимуту направление плоскости симметрии 68 наклонной поверхности 17 в виде желоба 18 в отклоняющем клине 12 при помощи скважинного модуля телеметрической MWD системы с электромагнитным каналом связи, например, E-Pulse XR475 (Schlumberger), которая имеет особенности: передача данных в реальном времени до 12 бит/с; гамма-каротаж; положение отклонителя; измерение зенитного угла и азимута; инклинометрия в реальном времени и другие данные.

Принцип работы устройства для вырезки окна в обсадной колонне скважины: давление текучей среды - бурового раствора 16 для срабатывания узла 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 в обсадной колонне 14 с каналом 15 насосной подачи в узел 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 бурового раствора 16, поступающего через колонну бурильных труб 1, создается за счет перепада давления текучей среды - бурового раствора 16 с заданным расходом на сопле соплового жиклера 28 с центральным каналом 29.

Создание необходимого перепада давления осуществляется установкой в проточном канале ловильной гильзы 25 гидравлического сопротивления, по существу, канала 29 с критическим сечением соплового жиклера 28, при этом на выходе из канала 29 с критическим сечением скорость потока текучей среды 16 увеличивается, вследствие этого давление падает, ниже по потоку от соплового жиклера 28 образуется зона пониженного давления, создается перепад давления на сопловом жиклере 28.

На сопловом жиклере 28, размещенном внутри ловильной гильзы 25, выше и ниже по потоку от него, при достижении расхода, например, 22 л/с бурового раствора 16 создается перепад давления, например, 55 кгс/см², необходимый для срабатывания узла 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12.

При достижении отклоняющим устройством, скрепленным с бурильной колонной, заданного интервала вырезки окна в обсадной колонне скважины 14 производительность насоса буровой установки, по существу, расход бурового раствора 16, повышают по сравнению с заданным расходом бурового раствора 16 при промывке скважины.

При заданном перепаде давления внутри соплового жиклера 28, размещенного внутри ловильной гильзы 25, буровой раствор 16, подаваемый насосом буровой установки внутри колонны бурильных труб при гидростатическом давлении 10÷15 МПа, проходит через собственный канал 51 для текучей среды 16, расположенный внутри боковой стенки 52 и внутреннего бурта 26 ловильной гильзы 25, через трубопровод 23 для текучей среды 16 в узел 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 в обсадной колонне 14, поступает через канал 15 внутри полого штока 34, радиальные отверстия 49 полого штока 34 в полость 50, образованную гильзой цилиндра 32, полым штоком 34, резьбовым колпаком 35 и кольцевым поршнем 38 с уплотнениями 39, 40 из эластомерного материала, создает осевое усилие на поршень 38 с уплотнениями 39, 40, в результате чего срезаются винты 42 между опорной втулкой 41 и кольцевым поршнем 38 с уплотнениями 39, 40 (фиксируется "скачком давления" в индикаторе давления на буровой), изображено на фиг. 1, 2, 3, 4.

Под действием давления бурового раствора 16 на кольцевой поршень 38 с уплотнениями 39, 40 в полости 50 узел 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 в обсадной колонне 14, содержащий упругую тягу 44, скрепленную винтами 45 с кольцевым поршнем 38 и скрепленную болтами 46 с плашкой 20 через сквозной паз 47 на торце 48 распорного элемента 19 отклоняющего клина 12, закрепляет плашку 20 с зубьями 21 внутри обсадной колонны 14 (без опоры на забой или цементный мост), изображено на фиг. 2, 4.

Дальнейшей разгрузкой веса колонны бурильных труб (поддержанием части веса бурильной колонны на талевой системе бурового станка) нагрузку вниз на компоновку колонны бурильных труб увеличивают, при этом зубья 21 на внешней поверхности плашки 20, выполненные в форме треугольного профиля 79, ориентированного в окружном направлении относительно центральной продольной оси 80 распорного элемента 19 узла 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 в обсадной колонне 14, в поперечном сечении зубья 21 плашки 20, выполненные симметричными, в виде двух пар продольно направленных рядов 81, 82, окончательно закрепляют узел 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 в обсадной колонне 14, а винт 11 срезается, освобождая полый фрезер-райбер 2 от отклоняющего клина 12 (фиксируется "индикатором веса" на буровой), изображено на фиг. 2, 4, 5, 9.

Натяжением талевой лебедки бурового станка в направлении 62 бурильной колонны 1, содержащей закрепленный на колонне бурильных труб 1 полый фрезер-райбер 2, включающий зарезной фрезер-райбер 3, проходной фрезер-райбер 4 и калибрующий фрезер-райбер 5 с закрепленными в них режущими пластинами 6 и 7 из твердого сплава, производят отрыв трубопровода 23, соединяющего внутреннюю полость 24 фрезера-райбера 2 и узел 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 в обсадной колонне 14 скважины, от штуцера 59 в месте расположения кольцевой канавки 60 штуцера 59, образующей уменьшенное поперечное сечение стенки 61 штуцера 59, при этом трубопровод 23 (из нержавеющей стали) не попадает в зону резания боковых резцов 6, 7 зарезного фрезера-райбера 3 и проходного фрезера-райбера 4, изображено на фиг. 1, 2, 3.

При невозможности создания штатным буровым насосом, например УНБ-600, при расходе текучей среды - бурового раствора 16, например, 22 л/с перепада давления, например, 55 кгс/см², необходимого для срабатывания узла 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12, в обсадной колонне скважины 14, например, для вырезки окна в обсадной колонне изогнутой скважины с большим гидравлическим сопротивлением, используют аварийное устройство - сбросовый шар 69, предназначенный для перекрытия части канала 24 внутри фрезера-райбера 2 с целью создания необходимого перепада давления бурового раствора 16 для привода узла 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 в обсадной колонне 14 при заданном расходе бурового раствора 16 насоса буровой установки, изображено на фиг. 1, 7, 10.

В колонну бурильных труб 1 с закрепленным на ней полым фрезером-райбером 2 бросают металлический шар 69, который под действием потока бурового раствора 16 движется по колонне бурильных труб, прижимается к седлу 30 соплового жиклера 28, перекрывает центральный канал 29 соплового жиклера 28 и создает необходимое давление бурового раствора 16 для срезания винтов 31 между сопловым жиклером 28 и ловильной гильзой 25, а также для срезания винтов 42 между опорной втулкой 41 и кольцевым поршнем 38 для привода узла 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 (плашки 20, имеющей на внешней поверхности зубья 21) в обсадной колонне 14 скважины, а при контакте торца 70 соплового жиклера 28 с внутренним буртом 26 ловильной гильзы 25 образует обводной канал 71 через циркуляционные отверстия 27 ловильной гильзы 25 во внутреннюю полость 72 фрезера-райбера 2 (8) ниже по потоку от соплового жиклера 28, далее поток бурового раствора 16 направляется через промывочное отверстие 57, расположенное на лобовом торце 58 полого фрезера-райбера 2, и через отверстия 73 на лобовом торце зарезного фрезера-райбера 3 для охлаждения и смазки режущей части, вымывания стружки и отходов бурения в направлении 62 на поверхность, к устью скважины, изображено на фиг. 1, 7, 10.

Начинают плавное (без импульсов) вращение колонны бурильных труб 1, содержащей фрезер-райбер 2 с подачей под давлением бурового раствора 16, при этом рабочая частота вращения бурильной колонны составляет 70÷120 об/мин. После выхода на рабочую частоту вращения плавно прикладывают осевую нагрузку на фрезер-райбер 2, показано на фиг. 2, 5.

Поступательным перемещением колонны бурильных труб, содержащей закрепленный на колонне бурильных труб 1 полый фрезер-райбер 2, включающий зарезной фрезер-райбер 3, проходной фрезер-райбер 4 и калибрующий фрезер-райбер 5 с закрепленными в них режущими пластинами 6 и 7 из твердого сплава, вниз, по наклонной поверхности 17 в виде желоба 18 отклоняющего клина 12 с одновременным вращением колонны бурильных труб с полым фрезером-райбером 2 осуществляют вырезку бокового окна в стенке 14 обсадной колонны скважины 14, при этом режущие пластины 6, 7 зарезного фрезера-райбера 3 не врезаются в наклонную поверхность 17 в виде желоба 18 отклоняющего клина 12, показано на фиг. 2, 5, 8.

Выполнение отклоняющего устройства для вырезки окна в обсадной колонне скважины таким образом, что ловильная гильза 25 снабжена собственным каналом 51 для текучей среды 16, расположенным внутри ее боковой стенки 52 и внутреннего бурта 26, вход 53 канала 51 внутри боковой стенки 52 ловильной гильзы 25 расположен на торце 54 ловильной гильзы 25, направленном против потока текучей среды 16, выход 55 канала 51 во внутреннем бурте 26 ловильной гильзы 25 расположен на торце 56 ловильной гильзы 25, направленном в сторону узла 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 в обсадной колонне 14, а трубопровод 23 для подачи текучей среды 16 в узел 13 гидравлического крепления отклоняющего клина 12 в обсадной колонне 14 соединен с выходом 55 канала 51 на торце 56 ловильной гильзы 25 через промывочное отверстие 57, расположенное на лобовом торце 58 полого фрезера-райбера 2, при этом трубопровод 23 в месте 56 присоединения к ловильной гильзе 25 снабжен штуцером 59, содержащим кольцевую канавку 60 с уменьшенным поперечным сечением стенки 61 штуцера 59, с возможностью отрыва трубопровода 23 от штуцера 59 натяжением бурильной колонны 1, повышает надежность закрепления отклоняющего устройства в обсадной колонне скважины, упрощает конструкцию, снижает аварийность и стоимость бурильных работ, обеспечивает чистое фрезерование с гладкими кромками, повышает точность вырезки окна в обсадной колонне скважины, снижает уровень вибрации, повышает режущую способность и ресурс фрезера-райбера для вырезки окна в обсадной трубе за одну спуско-подъемную операцию, а также улучшает проходимость компоновки низа бурильной колонны с героторным гидравлическим двигателем и долотом при последующем бурении бокового горизонтального ствола эксплуатационной скважины.

Изобретение относится к отклоняющим устройствам для вырезки окна в обсадной колонне с целью последующего бурения бокового ствола. Устройство содержит закрепленный на колонне бурильных труб полый фрезер-райбер. К фрезеру-райберу на срезном элементе подвешен отклоняющий клин, снабженный узлом гидравлического крепления с распорным элементом и, по меньшей мере, одной плашкой, имеющей на внешней поверхности зубья. Канал подачи текучей среды выполнен в виде трубопровода, соединяющего внутреннюю полость фрезера-райбера и узел гидравлического крепления, содержащий ловильную гильзу с внутренним буртом и циркуляционными отверстиями и сопловой жиклер с центральным каналом и направленным против потока седлом для сбросового шара. Сопловой жиклер размещен внутри ловильной гильзы. Узел гидравлического крепления содержит гильзу цилиндра, скрепленную с распорным элементом отклоняющего клина, полый шток внутри гильзы цилиндра, резьбовой колпак, скрепленный с нижней частью гильзы цилиндра, кольцевой поршень, опорную втулку, в расточке нижней части гильзы цилиндра, упругую тягу, скрепленную с кольцевым поршнем и плашкой. Полый шток сообщен с трубопроводом, соединяющим внутреннюю полость фрезера-райбера и узел гидравлического крепления. Ловильная гильза снабжена собственным каналом для текучей среды, расположенным внутри ее боковой стенки и внутреннего бурта, вход канала внутри боковой стенки расположен на торце ловильной гильзы, направленном против потока текучей среды, выход канала во внутреннем бурте ловильной гильзы расположен на торце, направленном в сторону узла гидравлического крепления. Трубопровод для подачи текучей среды в узел гидравлического крепления соединен с выходом канала на торце ловильной гильзы через промывочное отверстие. Трубопровод в месте присоединения к ловильной гильзе снабжен штуцером, содержащим кольцевую канавку с уменьшенным поперечным сечением стенки штуцера, с возможностью отрыва трубопровода от штуцера натяжением бурильной колонны. Повышается надежность закрепления отклоняющего устройства, снижается аварийность, уровень вибрации, повышается режущая способность фрезера-райбера, обеспечивается чистое фрезерование с гладкими кромками, повышается точность вырезки окна за одну спуско-подъемную операцию. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Отклоняющее устройство для вырезки окна в обсадной колонне скважины, содержащее закрепленный на колонне бурильных труб полый фрезер-райбер, имеющий промывочное отверстие на лобовом торце, к фрезеру-райберу на срезном элементе подвешен отклоняющий клин, снабженный узлом гидравлического крепления в обсадной колонне с каналом подачи в него текучей среды, прокачиваемой через колонну бурильных труб, отклоняющий клин выполнен с наклонной поверхностью в виде желоба, узел гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне снабжен распорным элементом и, по меньшей мере, одной плашкой, имеющей на внешней поверхности зубья, а канал подачи текучей среды выполнен в виде трубопровода, соединяющего внутреннюю полость фрезера-райбера и узел гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне, а также содержащее установленные внутри полого фрезера-райбера ловильную гильзу с внутренним буртом и циркуляционными отверстиями и сопловой жиклер с центральным каналом и седлом для сбросового шара, направленным против потока текучей среды, сопловой жиклер размещен внутри ловильной гильзы, внутренний бурт ловильной гильзы расположен ниже по потоку текучей среды от соплового жиклера, сопловой жиклер соединен с ловильной гильзой срезными винтами и установлен внутри ловильной гильзы с возможностью скольжения, при этом узел гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне содержит гильзу цилиндра, скрепленную с распорным элементом отклоняющего клина, полый шток, размещенный внутри гильзы цилиндра, резьбовой колпак, скрепленный с нижней частью гильзы цилиндра, кольцевой поршень, размещенный с возможностью скольжения между гильзой цилиндра и полым штоком, опорную втулку, соединенную срезными винтами с кольцевым поршнем, причем опорная втулка размещена в расточке нижней части гильзы цилиндра и зафиксирована в гильзе цилиндра резьбовым колпаком, а также содержит упругую тягу, скрепленную с кольцевым поршнем и плашкой через сквозной паз на торце распорного элемента отклоняющего клина, полый шток сообщен с трубопроводом, соединяющим внутреннюю полость фрезера-райбера и узел гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне, а полость, образованная гильзой цилиндра, полым штоком, резьбовым колпаком и кольцевым поршнем, сообщена с полостью полого штока, отличающееся тем, что ловильная гильза снабжена собственным каналом для текучей среды, расположенным внутри ее боковой стенки и внутреннего бурта, вход канала внутри боковой стенки ловильной гильзы расположен на торце ловильной гильзы, направленном против потока текучей среды, выход канала во внутреннем бурте ловильной гильзы расположен на торце ловильной гильзы, направленном в сторону узла гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне, а трубопровод для подачи текучей среды в узел гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне соединен с выходом канала на торце ловильной гильзы через промывочное отверстие, расположенное на лобовом торце фрезера-райбера, при этом указанный трубопровод в месте присоединения к ловильной гильзе снабжен штуцером, содержащим кольцевую канавку с уменьшенным поперечным сечением стенки штуцера, с возможностью отрыва трубопровода от штуцера натяжением бурильной колонны.

2. Отклоняющее устройство по п. 1, отличающееся тем, что отклоняющий клин, выполненный с наклонной поверхностью в виде желоба, и узел гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне скважины, снабженный плашкой с зубьями, жестко скреплены между собой резьбой, выполненной с наружными упорными торцами, и снабжены регулировочным кольцом, размещенным между наружными упорными торцами резьбы, с возможностью установки плоскости симметрии плашки с зубьями в узле гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне скважины относительно плоскости симметрии наклонной поверхности в виде желоба в отклоняющем клине.

3. Отклоняющее устройство по п. 1, отличающееся тем, что снабжено сбросовым шаром, перекрывающим центральный канал соплового жиклера с возможностью создания давления текучей среды для срезания винтов между сопловым жиклером и ловильной гильзой, а также для срезания винтов между кольцевым поршнем и опорной втулкой и привода узла гидравлического крепления отклоняющего клина в обсадной колонне, а при контакте соплового жиклера с внутренним буртом ловильной гильзы - с возможностью образования обводного канала через циркуляционные отверстия ловильной гильзы во внутреннюю полость фрезера-райбера.