ОТКЛОНИТЕЛЬ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к механическим отклонителям с использованием клина-отклонителя и узла опоры клина-отклонителя в нем.
Оно может быть использовано для закрепления компоновки устройства на стенках обсадной колонны труб и прорезания «окна» в обсадной колонне и забуривания бокового ствола в скважину.
Известно устройство [1] (Гидравлический отклонитель пат. RU №2361056, МПК Е21В 7/08 от 19.02.2008 г.) отклонитель для прорезания «окна» в обсадной колонне с закреплением его на стенках обсадной колонны, содержащий клин-отклонитель с наклонной рабочей поверхностью и узел опоры, включающий цилиндрический полый корпус с окнами для плашек, направляюще-распорный элемент, имеющий направляющую часть, выполненную в виде поршня, которая переходит непрерывно в распорную часть, выполненную в виде правильной трехгранной усеченной суженой книзу пирамиды, ребра которой образованы наклонной поверхностью и имеющие выступы под плашки, зубья которых выполнены на лицевой стороне с наклоном вниз, плашки, радиально размещенные в окнах, выполненных в нижней части цилиндрического полого корпуса узла опоры под углом 120° относительно друг друга, с тыльной стороны плашки имеют паз, соответствующий Т-образному выступу на наклонной поверхности распорной части направляюще-распорного элемента, а также имеющий в верхней части корпуса узла опоры гидравлическую камеру, гибкий шланг высокого давления для подачи жидкости в гидравлическую камеру, между клином-отклонителем и цилиндрическим полым корпусом узла опоры размещены переходник и пакеры, гидравлическая камера связана с гибким шлангом посредством выполненных, соответственно, в переходнике и в направляющей части направляюще-распорного элемента, полостей, последняя из которых связана с гидравлической камерой через распределитель, выполненный в направляющей части в виде 3-х сквозных под углом 120° относительно друг друга радиальных отверстий, корпус узла опоры установлен с возможностью перемещения вдоль направляющей части направляюще-распорного элемента, с изменением при этом объема гидравлической камеры, на торце цилиндрического полого корпуса узла опоры одета заглушка, закрепленная резьбовым соединением с распорной частью направляюще-распорного элемента, между внутренней поверхностью полого корпуса узла опоры и внешней поверхностью направляюще-распорного элемента установлены уплотнители, гидравлическая камера образована кольцевой расточкой внутренней поверхности в верхней части корпуса узла опоры и внешней Т-образной поверхностью направляющей части направляюще-распорного элемента, в гидравлической камере размещен запорный узел, который включает полую втулку-стакан, запорный корпус с распорным элементом, кольцевой упор со стержнями на нем и подпружиненный шар, в корпусе узла опоры, во втулке-стакане и запорном корпусе имеется гладкое радиальное сквозное отверстие, в котором находится срезной болт, жестко соединяющий их, вдоль внутренней поверхности запорного корпуса выполнены продольные пазы, а между пазами - фигурная расточка, выполненная в радиальном и осевом направлении, при этом радиальная часть выполнена сквозной и ступенчатой: с внешней стороны запорного корпуса расточка имеет форму продолговатого паза с закругленными торцевыми углами, который переходит в расточку цилиндрической формы на внутренней поверхности, осевая часть фигурной расточки находится под цилиндрической радиальной расточкой в виде глухого отверстия, в котором размещена пружина с шаром на ней, в радиальную часть продолговатого паза с закругленными торцевыми углами свободной посадкой вставлен распорный элемент, имеющий форму, соответствующую этому продолговатому пазу, с рабочей наклонной контактной с подпружиненным шаром поверхностью расширенной частью вверх, контактирующая с шаром рабочая поверхность имеет или непрерывную коническую поверхность, выполненную с радиусом кривизны в нижней части, большим сумме радиусов направляющей части направляюще-распорного элемента и подпружиненного шара, т.е. R1+2R2<R3 и R1+2R2=R3, - в верхней части, или имеет поверхность переменного сечения - коническую поверхность в нижней части т.е. R1+2R2<R3 с переходом к выпуклой поверхности - в верхней части, радиус кривизны выпуклой поверхности в точке контакта с шаром равен или меньше суммы радиусов цилиндрической направляющей части направляюще-распорного элемента и удвоенного радиуса подпружиненного шара, т.е. R1+2R2 R3, над запорным корпусом размещен кольцевой упор со стержнями, которые находятся в контакте с верхней торцевой частью распорного элемента, сквозные радиальные отверстия в распределителе выполнены на уровне полости гидравлической камеры, свободной от нижней составляющей запорного узла.
Недостатки устройства:
- компоновка устройства усложнена в целом, в том числе гидравликой, наличие которой может привести к несрабатыванию системы при засорении канала окалиной, незапланированный сброс давления жидкости в гидравлической камере, что приводит к снижению эффективности и надежности работы устройства;
- удорожание устройства в связи с многоэлементностью и усложнение эксплуатации его.
Наиболее близким устройством к заявленному изобретению того же назначения по совокупности признаков является отклонитель [2] (Отклонитель пат. RU №2502857, МПК Е21В 7/08 от 26.07.2012 г.) для прорезания «окна» в обсадной колонне с закреплением его на стенках обсадной колонны, содержащий клин-отклонитель с наклонной рабочей поверхностью в виде желоба, сквозного отверстия под срезной болт, соединяющий клин с режущим инструментом в его верхней части, распорную часть - в нижней части, соединяемую с переходником, переходник, узел опоры, состоящий из корпуса, ствола, на котором закреплены плашки, имеющие на лицевой стороне зубья, направленные под углом к оси узла опоры, зажимной узел, пакеры с промежуточными шайбами между ними, упор. Клин-отклонитель выполнен механическим, в качестве переходника выполнено механическое раздвижное устройство, включающее верхний и нижний - два односторонних клина и шарнирную часть цилиндрической формы. Один – верхний- клин имеет пазы для размещения в них плашек с зубьями на лицевой стороне, направленными под углом вверх, продольный Т-образный выступ на скошенной поверхности клина, сквозное отверстие под срезной болт, закрепляющий жестко клинья между собой. Другой – нижний-  клин имеет на скошенной поверхности продольный Т-образный паз, соответственно продольному Т-образному выступу, образуя соединение по типу «ласточкина хвоста» с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно друг друга, сквозное отверстие под срезной болт и сквозное отверстие под ось, вставленную в сквозное отверстие корпуса шарнирной части раздвижного устройства. Нижний клин вставлен в паз, выполненный в верхней торцевой части корпуса шарнирной части постоянного сечения. Узел опоры выполнен механическим в виде сплошного цилиндрического ствола, на котором размещены и закреплены верхний якорь, замковое устройство, уплотнительное устройство-пакеры, нижний механический якорь. В нижней части цилиндрический сплошной ствол выполнен с фигурным пазом на нем. Цилиндрический сплошной ствол соединен с шарнирной частью раздвижного устройства с помощью резьбового соединения. Механический верхний якорь содержит корпус с захватами и пружинами, центратор с полукольцами, пружину крышку. Механический нижний якорь, установленный на сплошном стволе узла опоры, имеет корпус, который фиксируется в фигурном пазу на сплошном стволе и содержит дополнительно захваты с пружинами, колодки фрикционные с пружинами, крышки, зафиксированные на корпусе этого нижнего механического якоря. Под верхним механическим якорем на цилиндрическом сплошном стволе размещено замковое устройство, включающее корпус секторов с разъемным конусом, пружины, фиксирующие сектора на цилиндрическом сплошном стволе, и пружина, установленная внутри корпуса секторов с предварительной деформацией в осевом направлении, величина которой задается исходя из данных момента крепления, и фиксаторы. Замковое устройство соединяет узел уплотнения с цилиндрическим сплошным стволом узла опоры. Уплотнительное устройство имеет конус, пакеры, разделенные шайбами, и упор.
Недостатки известного устройства
Недостатками известного устройства, принятого за прототип, являются следующие.
Устройство усложнено многоэлементностью, что приводит его и к удорожанию. При этом многоэлементность устройства предполагает применение больших усилий для заякоривания всего клина-отклонителя, что усложняет процесс, снижая эффективность его использования, особенно в случае невозможности обеспечения необходимого усилия.
Не реализуется возможность радиального (азимутального) ориентирования клина-отклонителя непосредственно перед окончательным заякориванием, что приводит к снижению эффективности работ по ориентированию отклонителя в скважине.
Наличие одного фигурного паза предполагает возможность возникновения перекоса в системе фигурный паз - винт, что снижает надежность работы отклонителя в целом и якоря, в частности.
Техническим результатом полезной модели является возможность, с использованием механического клина-отклонителя и механического узла опоры, упрощения устройства и повышения надежности и эффективности работы при его эксплуатации.
Задача полезной модели решена за счет того, что отклонитель, содержащий клин-отклонитель с наклонной рабочей поверхностью в виде желоба, со сквозным отверстием под срезной болт, соединенным внизу жестко с раздвижным устройством, включающим два односторонних клина, закрепленных между собой срезным болтом с возможностью возвратно-поступательного перемещения после срезания болта, верхний клин, с тыльной стороны выполненный с плашками в пазах, зубья плашек, направленные под углом вверх, нижний односторонний клин, выполненный со сквозным отверстием под палец, переходник в виде шарнирного элемента, палец, вставленный в сквозные отверстия, соединяющий нижний клин с шарнирной частью переходника, в нижней части жестко соединенного со сплошным стволом узла опоры, механический якорь, размещенный вокруг сплошного ствола, имеющего корпус, захваты с пружинами, колодки фрикционные с пружинами, крышки на корпусе якоря, согласно изобретению узел опоры включает: раздвижное устройство, механический якорь на сплошном стволе и переходник между ними, переходник выполнен вверху переменного сечения цилиндрической формы в сечении, образуя шарнирную часть для закрепления с нижней частью нижнего клина раздвижного устройства узла опоры и коническим сечением внизу, функционируя как фиксатор для захватов механического якоря, сплошной ствол узла опоры выполнен с двумя симметрично размещенными относительно друг друга фигурными пазами, соответственно фигурным пазам в нижней части якоря размещена свободно вращающаяся втулка, в которой закреплены два винта симметрично относительно друг друга.
Сопоставительный анализ с прототипом заявляемого устройства показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых существенных признаков, а именно:
Наличие свободно вращающейся втулки с двумя винтами, связанных с фигурными пазами на сплошном стволе узла опоры, перемещение которых относительно ствола позволяет сориентировать с более высокой точностью и меньшим усилием размещения рабочей поверхности клина-отклонителя в скважине непосредственно перед окончательным заякориванием (фиксацией) клина-отклонителя, что повышает надежность и эффективность работы отклонителя.
Выполнение на сплошном стволе узла опоры двух симметрично размещенных относительно друг друга фигурных пазов, а также двух винтов в нижней части якоря, установленных в свободно вращающейся втулке, в отличие от прототипа, в котором этот узел отсутствует, повышает надежность работы якоря, как и всего устройства в целом, за счет отсутствия перекосов и с уменьшением усилия на винты.
В отличие от прототипа узел опоры выполнен значительно проще, тем самым упрощая процесс заякоривания и эксплуатационные качества устройства в целом. Под клином-откдонителем выполнен узел опоры, объединяющий раздвижное устройство из верхнего и нижнего односторонних клиньев, нижнее раздвижное устройство из сплошного ствола с фигурными пазами на нем, и одним механическим якорем с захватами, колонками фрикционными, пружинами и свободно вращающейся втулкой, в которой симметрично размещены относительно друг друга два винта, ориентирующие рабочую поверхность клина-отклонителя в азимутальном направлении непосредственно перед окончательным заякориванием (фиксацией) клина-отклонителя. Объединяющий элемент раздвижного устройства узла опоры выполнен в виде переходника переменного сечения цилиндрической формы - вверху, образуя шарнирную часть для закрепления с нижней частью нижнего клина. Раздвижное устройство узла опоры конической формы - внизу, функционирует как фиксатор для захватов механического якоря, что в целом способствует значительному упрощению конструкции по сравнению с прототипом, так как позволяет без ущерба эксплуатационных свойств значительно сократить количество узлов и элементов и их взаимосвязей. Узел опоры, в отличие от прототипа, включающий раздвижное устройство под клином-отклонителем, и сплошной ствол, на котором размещен только один механический якорь, позволяет повысить степень управляемости работы, уменьшить нагрузку для заякоривания устройства отклонителя, тем самым упрощая устройство, повышает надежность и эффективность работы его в эксплуатации.
Заявленное устройство обладает новизной и промышленной применимостью, т.е. соответствует всем критериям полезной модели. Новизна технического решения подтверждается проведенными патентными исследованиями. Промышленная применимость обусловлена тем, что при изготовлении применяются недефицитные материалы и известные технологии.
Предлагаемое устройство-отклонитель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-4.
На фиг. 1. Схематично показан общий вид устройства с режущим инструментом (транспортное положение).
На фиг. 2. Схематично показано нижнее раздвижное устройство, в разрезе.
На фиг. 3. Схематично показан механический якорь в разрезе.
На фиг. 4. Схематично показана система симметрично расположенных фигурных пазов.
Устройство содержит (фиг. 1) клин-отклонитель (1) с наклонной поверхностью (2) - желобом на лицевой стороне, сквозное отверстие (3) под срезной болт (4), соединяющий режущий инструмент (31) с клином-отклонителем (1); узел опоры, включающий верхний раздвижной узел, состоящий из одностороннего клина (5), жестко соединенного с клином-отклонителем (1), с плашками (6), размещенными на тыльной стороне клина, с наклонной поверхностью на лицевой стороне, выполненной с Т-образным выступом (7), сквозным отверстием (8) под срезной болт (9) и одностороннего клина (10) с наклонной поверхностью на лицевой контактной поверхностью с клином (5), выполненной с Т-образным пазом (11), соответствующим Т-образному выступу (7), в клине (10) выполнены сквозное отверстие (12) под срезной болт (9), жестко соединяющий оба клина (5) и (10), и сквозное отверстие (не показано) под палец (13), а также нижние раздвижное устройство, состоящего из сплошного ствола (14), на поверхности которой выполнены два симметрично расположенных фигурных паза (15 а, б) (фиг. 3), позволяющих якорю по нему перемещаться согласно профилю каждого фигурного паза (фиг. 3), и якорь (16) (фиг. 4), включающий корпус (17) с захватами (18), пружинами (19), плашками фрикционными (20), пружинами (21), крышкой (22), навинченной на корпус (17). Под корпусом якоря (16) размещена свободно вращающаяся втулка (23), в сквозные отверстиях (24 а, б) которых размещены винты (25, 26), находящиеся в контакте со сплошным стволом в фигурных пазах (15 а, б) - направляющих якоря и клина-отклонителя. Верхний и нижний раздвижной узлы соединены переходником (27) (фиг. 2): снизу - жестко со сплошным стволом (14), сверху - шарнирно пальцем (13), размещенные в сквозных отверстиях, выполненных в клине (10) (не показан) и переходнике (27) в отверстии (28), образуя шарнирную часть. Корпус переходника выполнен переменного сечения: цилиндрической формы (29) вверху с пазом для установки клина (10) и нижней частью конической формы (30), угол наклона которой соответствует углу наклона захватов (18) якоря.
Устройство работает следующим образом.
На поверхности скважины отклонитель (фиг. 1) собирают (1-30), (31) и свинчивают с бурильными трубами, на которых его опускают в скважину на заданную отметку. Перед началом спуска проверяют затяжку срезных болтов (4 и 9) верхнего раздвижного устройства (5-12) и клина-отклонителя (1) с фрезами (31), установку механического якоря (16) в транспортное положение. После окончания спуска производят ориентацию по азимуту.
Для приведения из транспортного положения в рабочее отклонитель (фиг. 1) поднимают вверх на заданную высоту. При этом механический якорь (16) (фиг. 2) переключается по системе фигурных пазов (15 а, б) на сплошном стволе (14) в рабочее положение. Затем отклонитель опускают и механический якорь (16) (фиг. 2) закрепляется на стенках обсадной колонны. Происходит касание захватов (18) механического якоря с конусом (30) переходника (27).
Убедившись, что интервал установки отклонителя выбран правильно, проводят операции по азимутальному ориентированию (если это необходимо) отклонителя вращением компоновки, состоящей из отклонителя (1-30), режущего инструмента (31) и бурильных труб (не показаны).
Захваты (18) механического якоря, двигаясь по конусной поверхности (30) переходника (27), раздвигаются и упираются в стенку обсадной колонны (не показано). Заякоривание узла опоры происходит при нагрузке 4…5 т.
Далее прикладывается вертикальная дозированная нагрузка на отклонитель. Происходит срез болта срезного (9) (фиг. 1), соединяющего клинья (5 и 10) верхнего раздвижного устройства узла опоры. При этом расчетное усилие среза болта срезного должно быть больше, чем усилие заякоривания узла опоры на 1,5-2 т, чтобы сначала происходило заякоривание нижнего раздвижного устройства узла опоры, а затем срез болта срезного (9) верхнего раздвижного устройства узла опоры. После среза болта происходит перемещение клиньев (5, 10) относительно друг друга в наклонных Т-образном пазу и Т-образном выступе. Перемещение происходит до момента, когда тыльная сторона клина (5) с плашками (6) верхнего раздвижного устройства не коснется плашками стенки обсадной колонны (не показано). Зубья плашек клина (5) прочно внедряются в стенку колонны (не показано) и в дальнейшем работают как фиксаторы клина-отклонителя (1) при фрезеровании режущими инструментами (31) бокового окна в обсадной колонне. При движении клиньев (5, 10) в наклонном Т-образном пазу и Т-образного выступа относительно друг друга происходит поворот клиньев на пальце (13) (фиг. 1) переходника (27) в шарнирной части (28). Это приводит к тому, что клин-отклонитель (1) в нижней своей части прижимается к стенке обсадной колонны со стороны желоба (2), а верхней своей частью - в зоне крепления режущего инструмента (31) - прижимается тыльной поверхностью к противоположной стороне обсадной колонны.
Надежное расположение верхней части клина-отклонителя в стенках обсадной колонны, обеспечивается переходником (27) с шарнирной частью (29) и является наиболее рациональным для вырезки бокового окна. При дальнейшем нагружении клина-отклонителя происходит расклинивание и окончательная посадка обоих раздвижных устройств узла опоры на стенках обсадной колонны до нагрузки, рассчитанной на срез болта срезного (4) (фиг. 1), соединяющего клин-отклонитель и режущий инструмент. При дальнейшем повышении нагрузки происходит срез болта срезного (4) и отсоединение режущего инструмента (31). Величина усилия среза болта срезного для клина-отклонителя и режущего инструмента больше, чем усилие среза болта срезного (9) частей клиньев (5, 10) верхнего раздвижного устройства узла опоры на 1,5-2 т.
После среза срезного болта (9) и отсоединения фрез (31) от клина можно приступать к работам по вырезанию «окна» в обсадной колонне.
Заявленная полезная модель - отклонитель по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества.
- Устройство конструктивно и функционально проще и соответственно дешевле.
- Устройство более ремонтно-пригодно, в связи с уменьшением количества элементов и связей между элементами.
- Устройство, включая в качестве узла опоры, раздвижные устройства - одно под клином-отклонителем, состоящим из односторонних клиньев, и второе - состоящего из сплошного ствола, якоря на нем и переходника между ними, значительно упростило схему взаимодействия элементов отклонителя, без ущерба эксплуатационных и ремонтных характеристик устройства, повышая надежность его в процессе эксплуатации.
- Переходник выполнен переменного сечения с конической, в отличие от прототипа, нижней частью корпуса, которая функционирует как фиксатор захватов якоря, при заякоривании отклонителя, в отличие от прототипа, расширяя функциональные возможности.
- За счет выполнения на сплошном стволе узла опоры двух симметрично размещенных относительно друг друга фигурных пазов, а также двух винтов в нижней части якоря, установленных в свободно вращающейся втулке (в отличие от прототипа, в котором этот узел отсутствует) повышает надежность эксплуатации как якоря, так и всего устройства в целом - без перекосов и с уменьшением усилия на винты.
Источники информации
1. Гидравлический отклонитель, пат. RU №2361056, МПК Е21В 7/08 от 19.02.2008 г.
2. Отклонитель, пат. RU №2502857, МПК Е21В 7/08 от 26.07.2012 г.