ШАРНИРНЫЙ КЛИНОВОЙ ОТКЛОНИТЕЛЬ
HINGED WEDGE-SHAPED DIVERTER

Предлагаемое изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для увеличения проходного сечения для инструмента при прорезании окна в эксплуатационной колонне, проводке второго ствола и подземного оборудования при дальнейшей эксплуатации скважины.
Известен клиновой отклонитель (Патент РФ №2148697), содержащий отклоняющий клин с рабочей поверхностью в виде наклонного желоба, механизм фиксации отклонителя в скважине при помощи выдвижной плашки, шарнир, выполненный в виде полумуфты, имеющей неупругую и упругую часть. Неупругая часть полумуфты жестко соединена с отклоняющим клином, а упругая часть полумуфты расположена в корпусе механизма фиксации с возможностью качательного движения по поверхности пальца, соединяющего их. Механизм фиксации отклонителя в скважине выполнен в виде цилиндрического корпуса, расположенного в нем опорного клина, по наклонной рабочей поверхности которого установлена выдвижная плашка и упругая часть полумуфты. Опорный клин, корпус механизма фиксации и упругая часть полумуфты соединены срезным болтом. При упоре устройства на забой срезается болт, опорный клин задвигается в корпус механизма фиксации, по его рабочей наклонной поверхности скользит выдвижная плашка, фиксируя устройство в скважине, и упругая часть полумуфты, поджимая отклоняющий клин к стенкам скважины. Известный отклонитель является наиболее близким техническим решением к предлагаемому, и поэтому выбран за прототип.
Недостатком прототипа является недостаточная проходимость по скважине с малым радиусом искривления. При прохождении отклонителя по такой скважине при чрезмерном изгибе устройства в упругой части полумуфты может возникнуть пластическая деформация, нарушив угол рабочей отклоняющей поверхности отклоняющего клина в зафиксированном положении устройства.
Другим недостатком известного отклонителя является то, что корпус механизма фиксации, упругая часть полумуфты и опорный клин соединены одним срезным болтом. При прохождении отклонителя в скважине с малым радиусом искривления на срезной болт действуют большая растягивающая сила от изгиба отклонителя и срезающая сила от действия сил трения опорного клина о стенку скважины. Срез резьбы или отрыв срезного болта чреваты разъединением упругой части полумуфты и опорного клина, а следовательно, преждевременным выступанием выдвижной плашки и упругой части полумуфты из окон корпуса механизма фиксации устройства, что может помешать прохождению устройства в скважине при спуске.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание клинового отклонителя, способного проходить по скважине с малым радиусом искривления, изгибаться во время спускоподъемных операции и жестко фиксироваться в скважине при упоре на забой с одновременным поджатием клиновой части к стенке скважины для беспрепятственного прохождения режущего инструмента.
Технический результат достигается тем, что шарнирный клиновой отклонитель, включающий отклоняющий клин, фиксирующий механизм отклонителя в скважине, содержащий выдвижную плашку, срезной болт, согласно изобретению содержит шарнирный узел, расположенный между отклоняющим клином и фиксирующим механизмом, включающий жестко закрепленную ось, ограничитель вращения отклоняющего клина, установленный на оси с возможностью качательного движения, в верхней части жестко скрепленный с отклоняющим клином, а в нижней части выполненный в виде конуса, несоосного отклоняющему клину, задвижной фиксатор, снабженный конусной расточкой, взаимодействующий с конусной частью ограничителя вращения отклоняющего клина при срезании срезного болта.
Включение в конструкцию шарнирного клинового отклонителя шарнирного узла, содержащего ограничитель вращения отклоняющего клина, установленного с возможностью качательного движения, соединенного с верхней стороны с отклоняющим клином, а с нижней стороны выполненного в виде конуса, несоосного отклоняющему клину, и задвижного фиксатора, имеющего в верхней части конусную расточку, позволяет клиновому отклонителю проходить по скважине с малым радиусом искривления, изгибаться во время спускоподъемных операции и жестко фиксироваться в скважине при упоре на забой с одновременным поджатием клиновой части к стенке скважины для беспрепятственного прохождения режущего инструмента.
Ограничитель вращения отклоняющего клина блокирует шарнир при срезе срезного болта после срабатывания фиксирующего механизма отклонителя в скважине за счет того, что конусная часть ограничителя вращения, несоосная с отклоняющим клином, задвигается в конусную расточку задвижного фиксатора. При этом за счет несоосности конусной части ограничителя вращения и отклоняющего клина происходит поджатие отклоняющего клина к стенке обсадной колонны.
Отклоняющий клин, жестко соединенный с ограничителем вращения, до срабатывания срезного болта свободно вращается относительно оси шарнира. Поочередность срабатывания фиксирующего механизма и ограничителя шарнира устанавливается срезными болтами различного сечения.
В прототипе шарнир реализован за счет упругой деформации гибкой части полумуфты, с которой соединен отклоняющий клин. При прохождении такого отклонителя по скважине с малым радиусом искривления имеет место риск пластического деформирования полумуфты, а следовательно, и потеря ее формы, что может отрицательно отразиться на геометрии клинового отклонителя при его фиксации в скважине и его неправильной работе. В предлагаемом изобретении пластическое деформирование отклонителя при спуске по искривленной скважине полностью исключено за счет свободного вращения отклоняющего клина относительно оси шарнирного узла, что улучшает проходимость устройства по искривленной скважине.
На прилагаемых фигурах иллюстрируется сущность изобретения.
На фиг.1 показано устройство шарнирного клинового отклонителя.
На фиг.2 приведено поперечное сечение статора по линии А-А.
На фиг.3 приведено поперечное сечение статора по линии Б-Б.
На фиг.4 показан шарнирный клиновой отклонитель в скважине в рабочем состоянии.
Шарнирный клиновой отклонитель содержит отклоняющий клин 1, собранный с помощью резьбового соединения с ограничителем вращения 2 отклоняющего клина 1, который входит в шарнирный узел. Ограничитель вращения 2 установлен в корпусе 3 шарнирного узла на оси 4 шарнирного узла и имеет возможность качательного движения. Отклоняющий клин 1 жестко соединен с ограничителем вращения и свободно вращается относительно оси шарнира на угол до 3,5° в одну сторону и до 2,5° в другую сторону от осевой линии отклонителя. Подвижность ограничителя вращения 2 отклоняющего клина 1 определяется положением задвижного фиксатора 5 шарнирного узла, который установлен в корпусе 3 шарнирного узла с помощью шлицевого соединения и двух срезных болтов 6. Задвижной фиксатор 5 в верхней части имеет конусную расточку, а другим концом с помощью резьбового соединения крепится к сердечнику 7 механизма фиксации отклонителя в скважине. В окне корпуса 8 механизма фиксации и на сердечнике 7 с помощью крепления типа «ласточкин хвоста установлена выдвижная плашка 9. Сердечник 7 и корпус 8 механизма фиксации соединены срезным болтом 10.
Шарнирный клиновой отклонитель работает следующим образом. Для вырезания окна в обсадной колонне в скважину спускают буровой инструмент со стартовым фрезером и клиновым отклонителем. К отклоняющему клину 1 в верхней части срезным болтом крепится стартовый фрезер, который, в свою очередь, крепится к буровому инструменту, а к присоединительной резьбе корпуса 8 фиксирующего механизма при необходимости присоединяются удлинительные трубы для упора на забой.
При достижении осевой нагрузки на компоновку до 3-4 тонн срезаются болты 10, удерживающие сердечник 7 в корпусе 8 фиксирующего механизма. Сердечник 7 задвигается в корпус 8 фиксирующего механизма, при этом плашка 9 скользит по наклонной поверхности сердечника, выдвигаясь из окна корпуса на 30 мм и внедряясь в стенку обсадной колонны. С данного момента устройство зафиксировано в скважине от проворота.
При достижении осевой нагрузки на компоновку до 5-6 тонн срезаются срезные болты 6, удерживающие задвижной фиксатор 5 в корпусе 3 шарнирного узла. Корпус 3 шарнирного узла двигается по наружной поверхности задвижного фиксатора 5, при этом конус ограничителя вращения 2 отклоняющего клина 1 задвигается в конусную расточку задвижного фиксатора 5. За счет того, что конусная часть ограничителя вращения 2 выполнена несоосно относительно отклоняющего клина 1, происходит поджатие отклоняющего клина 1 к стенке обсадной колонны.
При достижении осевой нагрузки на компоновку до 10-12 тонн происходит срез болта, крепящего клиновой отклонитель к стартовому фрезеру, который затем с вращением инструмента начинает прорезать колонну.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить проходимость устройства по искривленной скважине и обеспечить беспрепятственное прохождение режущего инструмента при прорезании окна в эксплуатационной колонне.