Клиновой отклонитель бурильного инструмента для прорезания окон в обсадной колонне скважины

 

Предназначен для прорезания окон в обсадных колоннах скважин для зарезки вторых стволов из обсаженных скважин при проводке, например, наклонных и горизонтальных стволов при бурении скважин и ремонтных работах. Клиновой отклонитель содержит отклоняющий узел с отклоняющим клином, имеющим ложкообразный желоб и распорный узел с плашкодержателем, имеющим клиновую направляющую с выступом и заведенным на него пазом плашку. Оба узла жестко связаны между собой узлом соединения. Согласно изобретению узел соединения выполнен в виде продольного канала в теле отклоняющего клина с его нижнего торца под углом от 0,1 до 2,0^o к продольной оси отклонителя, в который заведен верхний конец плашкодержателя. В узле соединения выполнен сквозной радиальный канал, в который введен клиновой замок. По внешней поверхности плашки на всю длину выполнен желоб, подобный желобу отклоняющего клина. На нижнем конце плашкодержателя выполнен уступ, через который на плашкодержатель заведен кожух, длина которого выполнена более длины плашкодержателя. В верхней части кожуха выполнено боковое окно под плашку для ее радиального перемещения. Уклон клиновой направляющей плашкодержателя выполнен сужающимся книзу. Продольный канал в теле отклоняющего клина и заводимый в него верхний конец плашкодержателя могут быть выполнены цилиндрической или иной формы. Радиальный сквозной канал в узле соединения может быть выполнен, например, цилиндрическим, а устанавливаемый в него клиновой замок может быть выполнен соответственно в виде цилиндрического стержня, разрезанного продольно по наклонной плоскости на две половины. В уступе плашкодержателя с нижнего его торца выполнено углубление и сквозные радиальные каналы, в которые изнутри заведены подпружиненные штифты-фиксаторы, под которые в кожухе выполнены сквозные радиальные отверстия. Повышается надежность крепления отклонителя в обсадной колонне и достигается более полно расклинивающий эффект. Обеспечивается зарезка окна в обсадной колонне строго под заданным углом независимо от толщины стенки трубы обсадной колонны. Облегчается режим зарезки. При транспортировке отклонителя можно уменьшить его габаритную длину. Обеспечивается удобство его в эксплуатации. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к устройствам, обеспечивающим отклонение бурильного инструмента при прорезании окон в обсадной колонне скважины.

В качестве аналога принимаем известное изобретение по патенту РФ 2069732 по МПК⁶ Е 21 В 7/08 с приоритетом от 10.01.1994 под названием "Отклоняющее устройство", опубл. 27.11.1996 в БИ 33. Устройство по аналогу состоит из спускного клина и отклоняющего клина, соединенных между собой болтами. Спускной клин имеет на нижнем конце конус-скос, соответствующий желобу отклоняющего клина. На отклоняющем клине при помощи болтов крепится пробка, выполненная из пластичного материала (например, свинца), в которой установлены две стальные втулки, предназначенные для срезания болтов. Нижняя часть отклоняющего клина входит в плашкодержатель, крепится в нем при помощи винтов и имеет скошенную поверхность, на которой выполнен выступ, имеющий сечение типа "ласточкин хвост", который входит в соответствующий паз двухопорной плашки, имеющей насечку на двух опорах наружной поверхности и установленной со стороны пробки.

Недостатком устройства по аналогу является то, что при прохождении устройства в стволе скважины до требуемой глубины из-за наличия неровностей внутри обсадной колонны и стыков ее труб возможно преждевременное срезание винтов, крепящих в плашкодержателе нижнюю часть отклоняющего клина, и срезных болтов, крепящих пробку на отклоняющем клине. Кроме того, при зарезке окна в обсадной колонне пробка из пластичного материала подвергается разбуриванию, увеличивая объем отходов бурения, что дополнительно засоряет зону работ, а из-за вязкости материала пробки происходит образование вязкой массы отходов бурения, отягчая процесс зарезки окна.

Наиболее близким (прототипом) к заявляемому изобретению по совокупности сходных существенных признаков из числа известных технических решений того же назначения принимаем клиновой отклонитель бурильного инструмента для прорезания окон в обсадной колонне скважины, сведения о котором приведены в описании изобретения к патенту РФ 2148697 по МПК⁷ Е 21 В 7/08 (заявлено 20.07.1998, опубл. 10.05.2000) под названием "Отклонитель клиновой".

Клиновой отклонитель по прототипу включает в себя связанные между собой узлом соединения отклоняющий и распорный узлы.

Отклоняющий узел содержит отклоняющий клин с ложкообразным желобом на внешней поверхности его клиновой части. Верхний конец такого клина болтом закрепляют на подвеске, на которой весь отклонитель по прототипу опускают в скважину.

Распорный узел содержит с боковыми окнами полый корпус, в который с нижнего конца заведен расширяющийся книзу распорный клин - плашкодержатель, в его продольный паз, выполненный на клиновой направляющей, заведена плашка. Под плашку в нижней части корпуса выполнено боковое окно. На нижнем конце распорного клина выполнен опорный диск.

Узел соединения отклоняющего и распорного узлов в прототипе выполнен в виде полумуфты. Верхняя неупругая часть полумуфты жестко соединена с нижним концом отклоняющего клина. Нижняя упругая часть полумуфты заведена в полый корпус распорного узла с верхнего конца корпуса. При этом нижний конец нижней упругой части полумуфты и верхний конец распорного клина в полом корпусе распорного узла соединены между собой и с корпусом болтом, срезаемым во время установки отклонителя. Полумуфта узла соединения установлена на цилиндрическом пальце, который закреплен радиально корпусу в боковых стенках проушины, выполненной на верхнем торце полого корпуса распорного узла, что обеспечивает возможность шарнирного качания отклоняющего клина и полумуфты относительно пальца.

Недостатками известного по прототипу клинового отклонителя является то, что он не обеспечивает надежное крепление отклонителя в стволе скважины и не обеспечивает достижения расклинивающего эффекта в полную меру. Это происходит из-за того, что плашка вынуждена совершать одновременно и радиальное, и продольное перемещение. Зубья плашки при таком движении совершают постоянное и всевозрастающее по силе и глубине соскабливание металла со стенок обсадной трубы и его "сбуравливание" сверху вниз до тех пор, пока зубья плашки до предела не забьются металлом. При таком врезании зубьев плашки в металл от забивания зубьев соскобленным металлом не происходит полное надежное закрепление отклонителя по прототипу в обсадной колонне и вместе с этим не достигается в полной мере расклинивающий эффект.

Еще одним недостатком является то, что клиновой отклонитель по прототипу не во всех случаях обеспечивает необходимый угол зарезки бокового окна в обсадной колонне. Это происходит из-за того, что толщина труб, составляющих обсадную колонну, разная. Если, например, зарезка бокового окна по глубине скважины намечена в районе, в котором обсадная труба имеет по сравнению с другими трубами меньшую толщину, то внутренний диаметр обсадной колонны в этом районе будет большим, чем средний. При использовании отклонителя по прототипу в таком случае отклоняющий клин на шарнире при большем диаметре раскроется на больший угол, чем при среднем внутреннем диаметре обсадной колонны, в результате угол зарезки окна увеличится, что вызовет осложнения при производстве дальнейших работ.

Целью предлагаемого изобретения является достижение нового технического результата, который будет получен при использовании заявляемого клинового отклонителя, а именно: - повышение надежности крепления клинового отклонителя в обсадной колонне скважины и достижение более полного расклинивающего эффекта; - обеспечение заданного оптимального угла зарезки бокового окна в обсадной колонне скважины независимо от толщины стенки трубы; - облегчение режима зарезки боковых окон в обсадной колонне; - обеспечение удобства в эксплуатации; - снижение габаритной длины отклонителя при его транспортировке.

Указанные цели предлагаемого изобретения достигаются тем, что в известный по прототипу клиновой отклонитель бурильного инструмента для прорезания окон в обсадной колонне скважины, включающий связанные между собой узлом соединения отклоняющий и распорный узлы, в которых отклоняющий узел содержит отклоняющий клин с ложкообразным желобом на внешней поверхности его клиновой части, а распорный узел содержит плашкодержатель с клиновой напрвляющей, на внешней поверхности по всей длине которой выполнен выступ, соответствующий пазу заведенной на него плашки, согласно предлагаемому изобретению нами введены новые существенные конструктивные признаки, а именно: узел соединения выполнен в виде образованного в теле отклоняющего клина с его нижнего торца под углом к продольной оси отклонителя продольного канала, в который заведен выполненный под его профиль верхний конец плашкодержателя, в узле соединения выполнен радиальный сквозной канал, в который установлен клиновой замок, на внешней рабочей поверхности плашки по всей ее длине выполнен желоб, форма и уклон которого адекватны форме и уклону желоба отклоняющего клина, на нижнем конце плашкодержателя выполнен уступ, через который с нижнего конца на плашкодержатель заведен кожух, в верхней части кожуха выполнено боковое окно под рабочую часть плашки с возможностью ее радиального перемещения в окне, длина кожуха выполнена более длины плашкодержателя, уклон клиновой направляющей которого выполнен сужающимся книзу.

При этом продольный канал в теле отклоняющего клина с его нижнего торца по отношению к продольной оси отклонителя предложено выполнить под углом от 0,1 до 2,0^o.

Продольный канал в теле отклоняющего клина с его нижнего торца и выполняемый под его профиль верхний конец плашкодержателя могут быть выполнены, например, цилиндрической формы.

Радиальный сквозной канал в узле соединения может быть выполнен, например, цилиндрическим, а устанавливаемый в него замок для крепления элементов в узле соединения может быть выполнен соответственно в виде цилиндрического стержня, разрезанного в продольном направлении по наклонной плоскости на две половины.

Кроме того, в уступе плашкодержателя с его нижнего торца предложено выполнить продольное углубление, а в кожухе и уступе предложено выполнить сквозные радиальные каналы, в которые через продольное углубление в уступе плашкодержателя изнутри предложено завести срезной элемент, выполненный в виде подпружиненных штифтов-фиксаторов.

Указанные выше новые существенные конструктивные признаки предлагаемого клинового отклонителя являются отличительными признаками заявляемого изобретения по отношению к известному по прототипу клиновому отклонителю.

Из общедоступных источников патентной и научно-технической информации нам не известны клиновые отклонители бурильного инструмента для прорезания окон в обсадной колонне скважины, которые вместе с известными существенными признаками включали бы в себя указанные выше новые отличительные существенные признаки, предложенные нами в заявляемом клиновом отклонителе.

В совокупности известные и новые отличительные существенные признаки обеспечивают заявляемому изобретению достижение нового технического результата, изложенного в цели изобретения.

Так, благодаря тому что с нижнего конца на плашкодержатель заведен кожух, то при спуске в скважину клиновой отклонитель встает на цементный мост забоя нижним концом кожуха и остается в таком положении в течение всех последующих этапов его работы. Благодаря тому что боковое окно под рабочую часть плашки выполнено в верхней части кожуха, при том, что положение кожуха после установки его на забой скважины остается неподвижным вдоль ствола скважины, то плашка под воздействием клиновой направляющей плашкодержателя совершает только радиальное перемещение и только в одной горизонтальной плоскости. При этом благодаря тому что длина кожуха выполнена более длины плашкодержателя, а уклон клиновой направляющей плашкодержателя выполнен сужающимся книзу, то при опускании вниз плашкодержатель входит в неподвижный кожух до тех пор, пока плашка не обеспечит доступно возможное радиальное перемещение. Это обеспечивает достижение полного надежного контакта зубьев плашки с поверхностью обсадной колонны, гарантирующего надежное стопорение и крепление клинового отклонителя в обсадной колонне скважины, повышая надежность крепления отклонителя в скважине.

А благодаря тому что в предлагаемом изобретении узел соединения предусматривает жесткое соединение отклоняющего узла с распорным узлом под некоторым углом к продольной оси отклонителя (от 0,1 до 2,0^o), то это изначально обеспечивает положение, при котором верхний конец отклоняющего клина и нижний конец кожуха с плашкодержателем заранее выгнуты в одну сторону. При этом стрела прогиба образуется со стороны, противоположной той, на которой находится плашка. Жесткое соединение между собой элементов отклоняющего и распорного узлов с образованием стрелы прогиба при их естественной продольной упругости позволяет во всех случаях обеспечить плотное прилегание верхнего конца отклоняющего клина к стенке обсадной колонны, т.е. достичь расклинивающего эффекта в полной мере независимо от толщины стенки трубы обсадной колонны.

Выполнение желоба на внешней рабочей поверхности плашки, форма и уклон которого адекватны форме и уклону желоба отклоняющего клина, обеспечивает облегчение режима зарезки боковых окон в обсадной колонне, т.к. желоб плашки является продолжением желоба отклоняющего клина, обеспечивая нужный угол зарезки на ответственном участке выхода окна за стенку обсадной колонны.

Благодаря наличию кожуха с возможностью его продольного перемещения через уступ на нижнем конце плашкодержателя и благодаря выполнению сквозных радиальных каналов в уступе и кожухе, при том, что в радиальных каналах уступа изнутри заведены подпружиненные штифты-фиксаторы, обеспечивается возможность передвигать кожух и задавать необходимое положение кожуха на плашкодержателе как при спуске отклонителя в скважину, так и для снижения габаритной длины отклонителя при его транспортировке. При этом обеспечивается надежная фиксация кожуха в заданных положениях подпружиненными штифтами-фиксаторами, что обеспечивает удобство в эксплуатации.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан клиновой отклонитель в транспортном положении; на фиг.2 клиновой отклонитель показан в момент достижения цементного моста на забое скважины; на фиг.3 изображено положение клинового отклонителя в период его полного расклинивания и закрепления в обсадной колонне; на фиг.4 дан вид по А-А фиг.1; на фиг.5 дан вид по Б-Б фиг.2; на фиг.6 дан вид по В-В фиг.3 и на фиг.7 дан вид по Г-Г фиг.3.

Клиновой отклонитель бурильного инструмента для прорезания окон в обсадной колонне скважины включает в себя отклоняющий узел I и распорный узел II, которые неподвижно соединены между собой узлом соединения III. Отклоняющий узел I содержит отклоняющий клин 1 с ложкообразным желобом 2 на внешней поверхности его клиновой части. Распорный узел II содержит плашкодержатель 3 с клиновой направляющей, уклон которой выполнен сужающимся книзу. На внешней поверхности клиновой направляющей по всей ее длине выполнен выступ 4, на который пазом 5 заведена плашка 6. Выступ 4 и паз 5 выполнены по конфигурации соответсвующими друг другу. На внешней рабочей поверхности плашки 6 по всей ее длине выполнен желоб 7, форма и уклон которого адекватны форме и уклону желоба 2 отклоняющего клина 1. Узел соединения III выполнен в виде продольного канала 8, который образован в теле отклоняющего клина 1 с его нижнего торца под углом от 0,1 до 2,0^o к продольной оси отклонителя. В продольный канал 8 отклоняющего клина 1 заведен выполненный под его профиль верхний конец 9 плашкодержателя 3. Такое выполнение узла соединения III с противоположной от размещения плашки 6 стороны изначально обеспечивает стрелу прогиба между верхним концом отклоняющего клина 1 и нижним концом плашкодержателя 3 с надетым на него кожухом 13. В узле соединения III выполнен радиальный сквозной канал 10, в который установлен клиновой замок 11. На нижнем конце плашкодержателя 3 выполнен уступ 12, через который на плашкодержатель 3 с его нижнего конца заведен кожух 13. В верхней части кожуха 13 выполнено боковое окно 14 под рабочую часть плашки 6 с возможностью ее радиального перемещения в боковом окне 14. Длина кожуха 13 выполнена более длины плашкодержателя 3. Продольный канал 8 и верхний конец 9 могут быть выполнены, например, цилиндрической или иной формы. Сквозной радиальный канал 10 в узле соединения III может быть выполнен, например, цилиндрическим, а установленный в него клиновой замок 11 может быть выполнен соответственно в виде цилиндрического стержня, разрезанного продольно по наклонной плоскости на две половины. Радиальный канал 10 и клиновой замок 11 могут быть выполнены также иной формы. В уступе 12 с его нижнего торца выполнено продольное углубление 15 и радиальные каналы 16, в которые изнутри через продольное углубление 15 заведены подпружиненные штифты-фиксаторы 17, под которые в кожухе 13 также выполнены радиальные сквозные отверстия 18 и 19.

Для транспортировки клинового отклонителя его кожух 13 заводят на плашкодержатель 3 до крайнего верхнего положения, как показано на фиг.1. Штифты-фиксаторы 17 при транспортном положении своими внешними концами входят в радиальные сквозные отверстия 18 кожуха 13, сокращая габаритную длину отклонителя на величину его хода (опускания вниз) в стволе скважины, которую отклонитель совершает от момента, когда нижний конец кожуха 13 коснется цементного моста на забое скважины, до момента его полного расклинивания и закрепления в обсадной колонне скважины.

При доставке на скважину клиновой отклонитель из транспортного положения готовят к спуску. Для этого утапливают подпружиненные штифты-фиксаторы 17 через отверстие 18 в кожухе 13 и переводят кожух 13 на плашкодержателе 3 в крайнее нижнее положение, в котором подпружиненные штифты-фиксаторы 17 закрепят положение кожуха, войдя в его радиальные отверстия 19. При таком крайнем нижнем зафиксированном положении кожуха 13 клиновой отклонитель верхним концом отклоняющего клина 1 закрепляют на подвеске 20 и опускают в скважину. После того, как нижний конец кожуха 13 достигнет цементного моста 21, дается осевая нагрузка, при которой срезаются штифты-фиксаторы 17, наружные концы которых были введены в радиальные отверстия 19 кожуха 13. После срезания штифтов-фиксаторов 17 в радиальных отверстиях 19 клиновой отклонитель опускают вниз. При этом клиновая направляющая плашкодержателя 3 выдвигает из бокового окна 14 кожуха 13 плашку 6 в радиальном направлении. Как только зубья плашки 6 коснутся внутренней поверхности обсадной колонны 22 скважины, верхний конец отклоняющего клина 1 и нижний конец кожуха 13, заведенного на плашкодержатель 3, имеющие изначально стрелу прогиба, начинают плотно прилегать к внутренней поверхности обсадной колонны 22, которая противоположна той, в которую упирается плашка 6. По мере опускания всего отклонителя вниз под действием осевой нагрузки зубья плашки 6 вдавливаются в стенку обсадной колонны 22 на одном по высоте уровне до допустимого по прочности предела. При этом обеспечивается плотное прижатие верхнего конца отклоняющего клина 1 к стенке обсадной колонны 22 и полное расклинивание и закрепление клинового отклонителя в обсадной колонне 22.

После закрепления клинового отклонителя в обсадной колонне 22 производят работы по прорезанию окна в обсадной колонне.

Опытный образец заявляемого клинового отклонителя изготовлен и прошел испытания в промысловых условиях, полностью подтвердив технические результаты, изложенные в целях предлагаемого изобретения.

Формула изобретения

1. Клиновой отклонитель бурильного инструмента для прорезания окон в обсадной колонне скважины, включающий отклоняющий узел, содержащий отклоняющий клин с желобом на внешней поверхности его клиновой части, распорный узел, содержащий плашкодержатель с клиновой направляющей, на внешней поверхности по всей длине которой выполнен выступ, соответствующий пазу заведенной на него плашки, связывающий между собой отклоняющий и распорный узлы узел соединения, который выполнен в виде образованного в теле отклоняющего клина с его нижнего торца продольного канала, в который заведен выполненный под его профиль верхний конец плашкодержателя, связанный с отклоняющим клином замком, установленным в радиальном сквозном канале узла соединения, надетый на плашкодержатель и зафиксированный относительно последнего посредством срезного элемента кожух, в верхней части которого выполнено боковое окно, отличающийся тем, что продольный канал узла соединения в теле отклоняющего клина выполнен под углом к продольной оси клинового отклонителя, замок узла соединения выполнен клиновым, а на внешней рабочей поверхности плашки по всей ее длине выполнен желоб, форма и уклон которого соответствуют форме и уклону выполненного ложкообразным желоба отклоняющего клина, при этом на нижнем конце плашкодержателя выполнен уступ, через который с нижнего конца на плашкодержатель заведен кожух, в боковом окне которого размещена рабочая часть плашки с возможностью ее радиального перемещения, причем длина кожуха превышает длину плашкодержателя, уклон клиновой направляющей которого выполнен сужающимся к низу.

2. Клиновой отклонитель по п. 1, отличающийся тем, что продольный канал в теле отклоняющего клина с его нижнего торца по отношению к продольной оси отклонителя выполнен под углом от 0,1 до 2,0^o.

3. Клиновой отклонитель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что продольный канал в теле отклоняющего клина с его нижнего торца и выполненный под его профиль верхний конец плашкодержателя выполнены, например, цилиндрической формы.

4. Клиновой отклонитель по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что радиальный сквозной канал в узле соединения выполнен, например, цилиндрическим, а установленный в него клиновый замок для крепления элементов в узле соединения выполнен соответственно в виде цилиндрического стержня, разрезанного в продольном направлении по наклонной плоскости на две половины.

5. Клиновой отклонитель по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что в уступе плашкодержателя с его нижнего торца выполнено продольное углубление, в кожухе и уступе - сквозные радиальные каналы, в которые через продольное углубление в уступе плашкодержателя изнутри заведен срезной элемент, выполненный в виде подпружиненных срезных штифтов-фиксаторов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7