ФРЕЗЕР ОКОННЫЙ

Предлагаемая полезная модель относится к буровой технике, в частности к режущему инструменту, применяемому в комплекте с клином-отклонителем, и может быть использована для вырезания окна в обсадной колонне и последующего забуривания бокового ствола скважины.
Известен фрезерный инструмент, представляющий собой комплекс, состоящий из фрезер-райбера пилотного и фрезер-долота. Фрезер-райбер состоит из корпуса и штока, рабочие поверхности корпуса оснащены режущими зубьями из твердосплавных пластин, а шток наплавлен релитом. Фрезер-долото состоит из корпуса, армированного по торцевой и боковой поверхностям дробленым металлокерамическим твердым сплавом (Пустовойтенко И.П. Предупреждение и ликвидация аварий в бурении. М.: Недра, 1988, с. 213, 214.).
Недостатками известного фрезерного инструмента являются металлоемкость; инструмент состоит из двух фрезеров, каждый из которых ограничен функционально, т.к. фрезер-райбер после спуска без клина-отклонителя прорезает окно в обсадной колонне на небольшую длину и поднимается наверх, фрезер-долото далее фрезерует обсадную колонну и калибрует окно необходимого профиля и тоже поднимается наверх; при этом дополнительно нужна спусковая фреза для установки клина-отклонителя, инструмент ограничен действием по прорезанию окна и не рассчитан на забуривание в скважине нового ствола.
Известна фреза, содержащая полый корпус, в котором выполнены промывочный канал вдоль оси фрезы и сквозные промывочные отверстия в режущей части корпуса, выполненные под углом к оси фрезы; верхняя часть корпуса выполнена цилиндрической формы, а боковая - переменного сечения в виде многогранника, грани которого имеют в сечении форму неправильной трапеции, на которой закреплены режущие элементы; боковые и торцевые рабочие режущие поверхности корпуса покрытых износоустойчивым режуще-истирающим слоем покрытия; нижняя торцевая поверхность корпуса выполнена с режущими элементами, имеющая продольные непрерывные пазы между боковыми рабочими поверхностями, корпус выполнен неразъемным, сужающимся к низу, режущие боковые поверхности выполнены в виде непрерывно-ступенчатой системы с пологим переходом одной режущей части к другой и с непрерывно нанесенным на эти поверхности слоем износоустойчивого режуще-истирающего покрытия и с количеством ступенек, зависящим от свойств металла, прорезаемого фрезой и грунта за пределами обсадной колонны; режуще-истирающие поверхности боковой и торцевой частей корпуса усилены режущими элементами, жестко закрепленными в продольных пазах, выполненных в ступеньках режущих кромок, образованных в месте перехода от цилиндрической к конической поверхностям, используемые режущие элементы имеют форму плоского сегмента круга или плоской неправильной трапеции; непрерывные продольные пазы между боковыми рабочими поверхностями выполнены под углом 2°±0,2 к оси корпуса в горизонтальной и 5°±0,2 - вертикальной плоскостях (патент на полезную модель РФ №103564, МПК E21B 29/06, оп 30.11.2010 г.).
Недостатками известного устройства является то, что из-за плоского торца при зарезке окна возможно возникновение подклинок, так как одновременно начинают зарезаться боковая поверхность и торцевая, что создает повышенный момент сопротивления, который передается на бурильную колонну; при бурении кармана в горной породе после вырезки окна фреза работает неэффективно, так как происходит налипание слоя породы на поверхности торца. Не предусмотрены промывочные отверстия и каналы на торце инструмента, следовательно, при работе фрезы торцевая часть нагревается, забивается шламом и подвергается ускоренному разрушению, ухудшая процесс резания. Армирование рабочих поверхностей твердосплавными пластинами усложняет технологию восстановления.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по конструктивным признакам и достигаемому результату является 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 фрезера оконного, закрепленного на верхнем конце клина-отклонителя с возможностью разъединения, и двух фрезеров-райберов, расположенных выше по стволу скважины относительно фрезера оконного. Фрезер оконный в верхней части имеет утолщение. Клин-отклонитель имеет уступ, выполненный с возможностью его взаимодействия с утолщением фрезера оконного 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 упорной замковой резьбы и имеют участки корпуса с уменьшенным диаметром. Диаметр фрезеров-райберов увеличивается на один типоразмер вверх от фрезера оконного (патент РФ №2278239, МПК E21B 29/06, оп. 21.09.2005 г.).
В системе для вырезания окна в обсадной колонне в качестве прототипа рассматривается один из рабочих узлов системы - это фрезер оконный.
Недостатками известного фрезера оконного является следующее:
- из-за плоского торца при зарезке окна возможно возникновение подклинок, так как одновременно начинают зарезаться боковая поверхность и торцевая, что создает повышенный момент сопротивления, который передается на бурильную колонну;
- вогнутая поверхность торца фрезера конструктивно не позволяет эффективно работать при бурении кармана в горной породе после вырезки окна, так как из-за затрудненного выведения горной породы с площади контакта происходит налипание слоя породы на вогнутой поверхности торца;
- из-за утолщения в верхней части фрезера оконного могут возникать зависания и подклинки инструмента при прохождении в вырезанное окне;
- из-за значительного вылета лопастей над корпусом происходит перерасход износоустойчивого режуще-истирающего покрытия.
- отверстие с резьбой под подвесной винт находится на части корпуса фрезера с наименьшим диаметром, а сам фрезер жестко фиксируется к пяте клина-отклонителя с помощью подвесного винта, и из-за значительной площади соприкосновение исключается возможность изгиба компоновки в месте крепления подвесным винтом, что может препятствовать безаварийному спуску в скважинах с сильно искривленной пространственной траекторией.
Задача полезной модели заключается в устранении вышеприведенных недостатков и улучшении эксплуатационных характеристик за счет технологичности и усовершенствования конструкции.
Указанная задача достигается тем, что фрезер оконный включает корпус с промывочным каналом вдоль его оси, сменные лопасти, армированные твердосплавным покрытием и отверстие с резьбой для крепления к клину-отклонителю, согласно полезной модели, корпус снабжен боковыми лопастными рабочими поверхностями спиральной формы, между которыми размещено отверстие с резьбой для крепления к клину-отклонителю, а также промывочными отверстиями в нижней торцевой части корпуса и на линии перехода со спиральной калибрующей части на нижнюю торцевую часть корпуса, при этом сменные лопасти выполнены приварными и оснащены самозатачивающимися твердосплавными режущими пластинами, а верхняя часть корпуса имеет цилиндрическую форму.
Спиральная форма боковых лопастных поверхностей способствует равномерному движению фрезера оконного по клину-отклонителю и препятствуют заклиниванию инструмента при заходе в окно. Расположение отверстия с резьбой для крепления к клину-отклонителю между боковыми лопастными рабочими поверхностями обеспечивает гибкость компоновки и, соответственно, более успешный ее спуск в скважину с сильно искривленной пространственной траекторией.
Заявляемое устройство имеет новизну, является техническим решением и имеет практическое применение.
На фиг. 1а изображен аксонометрический вид фрезера оконного, на фиг. 1б - вид сверху фрезера оконного, на фиг. 2 - изображена схематично компоновка устройства.
Условно фрезер оконный делится на три части: нижняя торцевая часть I, спиральная калибрующая часть II и цилиндрическая часть III. Инструмент состоит из корпуса 1 с резьбой 2 и промывочного канала 3, выполненного вдоль оси фрезера (цилиндрическая часть III). Боковые лопастные рабочие поверхности 4 выполнены спиральной формы и расположены на спиральной калибрующей части II корпуса 1. В нижней торцевой части I расположены сменные приварные лопасти 5, режущая кромка которых образует радиусный профиль резания. На заднюю часть сменных приварных лопастей 5 нанесен слой износоустойчивого режуще-истирающего покрытия 6, плавно переходящий от центра торца корпуса 1 к спиральной калибрующей части II. В качестве износоустойчивого режуще-истирающего покрытия 6 использованы частицы карбида вольфрама. Нижняя торцевая часть I корпуса 1 имеет радиусный переход на спиральную калибрующую часть II благодаря спиральной форме боковых рабочих поверхностей 4. Корпус 1 снабжен промывочными отверстиями 7, два из которых размещены на нижней торцевой части I (фиг. 1б), а три - на линии перехода со спиральной калибрующей части II на нижнюю торцевую часть I. Сменные приварные лопасти 5 оснащены самозатачивающимися твердосплавными пластинами 8, изготовленными из материала марки ТТ7К12. Между боковыми лопастными рабочими поверхностями 4 расположено отверстие с резьбой 9 для крепления к клину-отклонителю 10 фрезера оконного 11 подвесным винтом 12.
Устройство работает следующим образом.
Фрезер оконный 11 при помощи отверстия с резьбой 9 крепится к клину-отклонителю 10 подвесным винтом 12 (фиг. 2), затем вся компоновка транспортируется до забоя в место установки клина-отклонителя 10 и последующей вырезки окна в обсадной колонне. После ориентирования и установки клина-отклонителя 10 с помощью специального якорного устройства (на рисунке не показано) на забое подается нагрузка на бурильный инструмент для срезания подвесного винта 12, соединяющего фрезер оконный 11 и клин-отклонитель 10. Затем начинают плавное, без рывков, вращение системы с подачей промывочной жидкости. После выхода на нужную частоту вращения плавно подают нагрузку на фрезер оконный 11. По мере движения фрезера оконного 11 по клину-отклонителю 10 происходит фрезерование обсадной трубы, а затем бурение кармана в горной породе. Фрезер оконный 11 перемещается по клину-отклонителю 10 плавно без рывков, подклинок, вибраций, не допуская ударных усилий в процессе врезания в стенки обсадной колонны самозатачивающихся твердосплавных пластин 8, расположенных на сменных приварных лопастях 5. Это обеспечивается радиусным переходом с нижней торцевой части I на спиральную калибрующую часть II, который выполнен конструктивно схожим с профилем режущей части ближайшего по диаметру лопастного долота, оснащенного РБС резцами, для бурения мягких и средних пород. За действием режущих самозатачивающихся твердосплавных пластин 8 следует действие износоустойчивого режуще-истирающего покрытия 6. Жидкость, выходящая из промывочного канала 3 и промывочных отверстий 7, быстро и полностью удаляет и продвигает наверх по межлопастным пространствам из зоны резания образующуюся там стружку, частицы металла и горной породы, одновременно охлаждая и смачивая самозатачивающиеся твердосплавные пластины 8 и износоустойчивое режуще-истирающее покрытие 6. При дальнейшем углублении в горную породу два промывочных отверстия 7, расположенные на нижней торцевой части I (фиг. 1б), участвуют в дополнительном разрушении горной породы и эффективно удаляют шлам с площади контакта, что предотвращает налипание слоя породы на нижнюю торцевую часть I корпуса 1.
Предлагаемый фрезер оконный обеспечивает плавное и стабильное фрезерование участка обсадной колонны, сбалансированное и более эффективное бурение кармана в горной породе. Значительно улучшены охлаждение и очистка торцевой части фрезера оконного за счет наличия промывочных отверстий на нижней торцевой части и на переходной линии со спиральной калибрующей части на нижнюю торцевую. Фрезер оконный также является спускным и установочным устройством для клина-отклонителя. Фрезер легко подлежит восстановлению путем наплавки на спиральную калибрующую износоустойчивого режуще-истирающего покрытия и замены сменных приварных лопастей. Инструмент дешевле в изготовлении за счет технологичности формообразования наплавки слоев режуще-истирающего покрытия и сокращения ее количества на задней части сменных приварных лопастей.
Таким образом, обеспечивается решение задачи, на выполнение которой направлено заявляемое техническое устройство, а именно, улучшаются эксплуатационные характеристики за счет технологичности и усовершенствования конструкции.