Патент на изобретение №2278239

(54) СИСТЕМА ДЛЯ ВЫРЕЗАНИЯ ОКНА В ОБСАДНОЙ КОЛОННЕ

(57) Реферат:

Изобретение относится к горному делу, а именно к бурению дополнительных стволов из эксплуатационных колонн бездействующих или малодебитных скважин. Система включает клин-отклонитель с направляющей поверхностью, механический якорь, прикрепленный на нижнем конце клина-отклонителя, фрезерный инструмент, состоящий из оконного фрезера, закрепленного на верхнем конце клина-отклонителя с возможностью разъединения, и двух фрезеров-райберов, расположенных выше по стволу скважины относительно оконного фрезера. Оконный фрезер в верхней части имеет утолщение. Клин-отклонитель имеет уступ, выполненный с возможностью его взаимодействия с утолщением оконного фрезера в момент зарезания стенки обсадной колонны. Лопасти фрезера выполнены сменными, армированными твердым сплавом и/или режущими вставками. Фрезеры-райберы соединены между собой через гибкий патрубок посредством хупорной замковой резьбы и имеют участки корпуса с уменьшенным диаметром. Диаметр фрезеров-райберов увеличивается на один типоразмер вверх от оконного фрезера. Снижается преждевременный износ режущих поверхностей, увеличивается ресурс их работы, улучшаются показатели выноса металлических частиц с промывочной жидкостью, снижается количество операций и время замены инструмента, количество спуско-подъемных операций. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к горному делу, а именно к бурению дополнительных стволов из эксплуатационных колонн бездействующих или малодебитных скважин.

Изобретение относится к системе для вырезания окна в стенке скважины, которую спускают в ствол скважины на требуемую глубину, ориентируют в нужном направлении, устанавливают якорь, прорезают окно в обсадной трубе и вскрывают окружающую породу для строительства наклонной скважины. При необходимости после бурения бокового ствола клин-отклонитель может быть извлечен из скважины при помощи специального ловильного инструмента.

Известен патент США № 5109924, МПК Е 21 В 7/08, 29/06, НКИ 166/117.5, опуб.1992 г., в котором описано фрезерное устройство для осуществления вырезания и фрезерования окна в обсадной колонне за один проход. Устройство включает клин-отклонитель, устанавливаемый в скважине при помощи гидравлического пакера, с наклонной поверхностью и хвостовиком, к которому посредством срезных болтов крепится оконный фрезер, конус пускателя и фрезеры-райберы, расположенные выше по колонне, связанные между собой посредством резьбовых соединений. Недостатком известного устройства является использование для установления клина-отклонителя на нужной глубине гидравлического пакера, что повышает вероятность проворота инструмента и снижает точность выбранного направления вырезания окна. Диаметр оконного фрезера и фрезеров-райберов выбран одинаковым, что увеличивает вероятность заклинивания инструмента при прохождении их через окно. Кроме того, в начальный момент врезания оконного фрезера в стенку обсадной колонны нагрузка передается от колонны буровых труб через поверхность ската конусообразной направляющей и скат отклонения клина-отклонителя, что снижает надежность и безаварийность работы.

Известно однопроходное устройство с уипстоком для образования окна в обсадной трубе скважины (пат. РФ № 2173761, МПК Е 21 В 29/06, опуб. 20.09.2001 г. – прототип), состоящее из отклонителя с основной и наклонной отклоняющей поверхностями, пакера или якоря, главной фрезы с торцевыми и боковыми резцами, прикрепленного с возможностью разъединения к верхнему концу отклонителя, одной или более шаровых фрез, расположенных выше по стволу скважины относительно главной фрезы. Недостатком известного устройства является то, что боковые резцы главной фрезы начинают изнашиваться уже с момента соприкосновения с наклонной поверхностью отклонителя, закаленной или покрытой твердым материалом или снабженной износоустойчивыми вставками. Это значительно снижает ресурс работы главной фрезы, ухудшает показатели фрезерования окна в обсадной колонне, а также требует более быстрой замены фрезы на буровое долото при бурении окружающей скважину породы.

Задачей изобретения является улучшение процесса прорезания окна в обсадной колонне за один рейс инструмента за счет повышения надежности системы, увеличения ресурса работы твердосплавного вооружения, снижения нагрузок на фрезер в начальный момент прорезания окна, уменьшения вероятности заклинивания инструмента.

Поставленная задача решается тем, что в известной системе для вырезания окна в обсадной колонне, включающей клин-отклонитель с направляющей поверхностью, механический якорь, прикрепленный на нижнем конце клина-отклонителя, фрезерный инструмент, состоящий из оконного фрезера, закрепленного на верхнем конце клина-отклонителя с возможностью разъединения и двух фрезеров-райберов, расположенных выше по стволу скважины относительно оконного фрезера, согласно изобретению оконный фрезер в верхней части имеет утолщение, клин-отклонитель имеет уступ, выполненный с возможностью его взаимодействия с утолщением оконного фрезера в момент зарезания стенки обсадной колонны, лопасти оконного фрезера выполнены сменными, армированными твердым сплавом и/или режущими вставками, фрезеры-райберы соединены между собой через гибкий патрубок и имеют участки корпуса с уменьшенным диаметром, оконный фрезер и фрезеры-райберы соединены между собой посредством двухупорной замковой резьбы, причем диаметр фрезеров-райберов увеличивается на один типоразмер вверх от оконного фрезера. Кроме того, механический якорь содержит выдвижные плашки, выполненные с продольными и поперечными насечками, стопорное кольцо и освобождающие винты, а в теле клина-отклонителя выполнен паз для извлечения крюком.

На фиг.1 и 1а показана сборка системы: на нижнем конце бурильной колонны устанавливают (сверху вниз) через гироскопический переводник 1 верхний фрезер-райбер 2, гибкий патрубок 3, нижний фрезер-райбер 4, оконный фрезер 5 с утолщением в верхней части, клин-отклонитель 6 с опорным уступом 7, выполненным с возможностью его взаимодействия с утолщением оконного фрезера 5 в момент зарезания стенки обсадной колонны. Клин-отклонитель 6 соединен с оконным фрезером 5 при помощи срезного винта 8. 9 – механический якорь. Оконный фрезер 5 и фрезеры-райберы 2 и 4 соединены между собой посредством двухупорной замковой резьбы. Для извлечения клина-отклонителя 6 с якорем 9 служит крюк 10, а в теле клина-отклонителя 6 выполнен паз для извлечения крюком.

На фиг.2(а-в) проиллюстрированы этапы работы системы: а – момент зарезания, б – этап фрезерования стенки обсадной колонны, в – этап выхода в окружающую скважину породу.

На фиг.3 показан процесс взаимодействия уступа 7 клина-отклонителя 6 и утолщения 11 в верхней части оконного фрезера 5 с образованием зазора l в момент прорезания стенки обсадной колонны 12.

На фиг.4 приведено изображение механического якоря 9 с выдвижными плашками 13, установочными винтами 14 и срезными освобождающими винтами 15.

Спуск системы в скважину осуществляют на колонне бурильных труб. После спуска системы до забоя скважины осуществляют ориентирование направляющей поверхности клина-отклонителя 6 в нужном направлении при помощи гироскопического переводника 1. После ориентирования системы осуществляют разгрузку инструмента на заданную величину, в результате чего срезаются установочные винты 14 и происходит выдвижение плашек 13 якоря 9 и врезание их в стенку скважины 12. Плашки якоря 13 имеют продольные и поперечные насечки, что предотвращает осевое и радиальное перемещение. Выдвинутое положение плашек 13 фиксируется за счет специального стопорного кольца. Якорь является универсальным и может быть использован в колоннах диаметром 140 и 146 мм. Далее нагрузку увеличивают для срезания срезного винта 8 оконного фрезера 5. Затем начинают плавное, без рывков вращение системы с подачей промывочной жидкости. После выхода на нужную частоту вращения плавно подают нагрузку на оконный фрезер.

Клин-отклонитель 6 состоит из собственно клина, направляющей поверхности и опорного уступа 7. Оконный фрезер 5 в верхней части имеет утолщение 11, и после срезания срезного винта 8 врезание оконного фрезера 5 в стенку обсадной колонны 12 происходит именно с уступа 7, при этом лопасти оконного фрезера 5 не взаимодействуют с направляющей поверхностью клина-отклонителя, что исключает преждевременный износ твердосплавного вооружения оконного фрезера и направляющей поверхности клина-отклонителя. Происходит взаимодействие уступа 7 клина-отклонителя оригинальной конструкции и утолщения 11 в верхней части оконного фрезера 5 в момент зарезания стенки обсадной колонны, между поверхностью клина-отклонителя и оконным фрезером образуется зазор l. Происходит также снижение нагрузок на клин-отклонитель и якорь, что уменьшает вероятность их проворота. В то время когда утолщение 11 оконного фрезера проходит уступ 7, лопасти оконного фрезера достигают наружной поверхности обсадной колонны, обсадная колонна прорезана, а рабочая часть оконного фрезера 5 ложится на наклонную поверхность клина-отклонителя 6 и продолжает фрезерование уже со значительно меньшими нагрузками кольцевой поверхности окна в стенке обсадной колонны 12 и окружающей колонну породы, все более удаляясь от оси колонны и образуя боковой отвод. В это время нижний фрезер-райбер достигает окна в обсадной колонне и продвигается, расширяя его своими армированными твердым сплавом лопастями большего диаметра. Вслед за ним окна достигает верхний фрезер-райбер и, плавно проходя через него, одновременно расширяет и удаляет неровности и задиры с кромки окна. Оконный фрезер для увеличения срока службы и возможности ремонта снабжен специальными сменными лопастями, армированными твердым сплавом и/или режущими вставками. Фрезеры-райберы имеют участки корпуса с уменьшенным диаметром для придания гибкости системе, снижения вредного воздействия механических нагрузок на корпус самого фрезера-райбера и снижения вероятности слома резьбовых соединений и заклинивания системы. Фрезеры имеют разный диаметр, увеличивающийся на один типоразмер вверх от оконного, это повышает плавность процесса вырезания окна, постепенное его расширение и проработку, исключается образование крупной стружки, что облегчает ее вынос с промывочной жидкостью. После прорезания окна и бурения бокового отвода при необходимости предусмотрено извлечение якоря с клином-отклонителем. Для этого на конце бурильных труб спускают крюк 10, вводят его в зацепление с пазом в теле клина-отклонителя 6 и тянут вверх, при приложении определенного усилия срезаются срезные освобождающие винты 15 якоря 9, плашки 13 выходят из зацепления со стенками обсадной колонны 12, и якорь 9 с клином-отклонителем 6 извлекается. Значение нагрузок для установки и освобождения инструмента варьируют путем использования различного количества срезных винтов.

Заявляемая система для вырезания окна имеет следующие преимущества: снижается преждевременный износ лопастей оконного фрезера и направляющей поверхности клина-отклонителя, увеличивается ресурс их работы, улучшаются показатели выноса металлических частиц с промывочной жидкостью, снижается количество и время замены инструмента, количество спуско-подъемных операций, что в конечном итоге сказывается на времени и стоимости строительства скважины, увеличивается показатель безаварийности работы.

Формула изобретения

1. Система для вырезания окна в обсадной колонне, включающая клин-отклонитель с направляющей поверхностью, механический якорь, прикрепленный на нижнем конце клина-отклонителя, фрезерный инструмент, состоящий из оконного фрезера, закрепленного на верхнем конце клина-отклонителя с возможностью разъединения и двух фрезеров-райберов, расположенных выше по стволу скважины относительно оконного фрезера, отличающаяся тем, что оконный фрезер в верхней части имеет утолщение, клин-отклонитель имеет уступ, выполненный с возможностью его взаимодействия с утолщением оконного фрезера в момент зарезания стенки обсадной колонны, лопасти оконного фрезера выполнены сменными, армированными твердым сплавом и/или режущими вставками, фрезеры-райберы соединены между собой через гибкий патрубок и имеют участки корпуса с уменьшенным диаметром, оконный фрезер и фрезеры-райберы соединены между собой посредством двухупорной замковой резьбы, причем диаметр фрезеров-райберов увеличивается на один типоразмер вверх от оконного фрезера.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что механический якорь содержит выдвижные плашки, выполненные с продольными и поперечными насечками, стопорное кольцо и освобождающие винты.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что в теле клина-отклонителя выполнен паз для извлечения крюком.

РИСУНКИ