ОТКЛОНИТЕЛЬ СКВАЖИННЫЙ

Полезная модель относится к буровому оборудованию, в частности к отклонителям скважинным извлекаемым ОТ3-203 (дальнее - отклонитель), предназначенным для забуривания через обсадную колонну новых стволов из одной или более эксплуатационных колонн для направленного и горизонтального бурения, а также для правки искривленного ствола или обхода обломков. Это может потребоваться при наклонно направленном бурении или при обходе аварийного участка колонны.
Известны отклонители SU №№878894, 881286, 1768744, RU №№70920, 72713, 2029048, 2184201, 2233374, 2270909, 2281371, 2289670, 2303117, US №№5884698, 5909770, 6019173, 6089319, 6167961, 6360821, 6591905, 6843314, 6702014, 6880631, 6910538, 6968903, CN №№1916354, 2866787, 2874003.
Известен отклонитель скважинный, включающий полый корпус, выполненный в виде гофрированной трубы, один конец которого соединен с основанием отклоняющего клина, а второй - заглушен, узел спуска устройства в скважину в виде надетого на клин и связанного с ним разъемным соединением кожуха, приспособленного для присоединения его к колонне труб, причем полости корпуса и кожуха выполнены герметичными и сообщены между собой, а основание и отклоняющий клин соединены при помощи шарнирного и подпружиненного соединения, прижимающего верхний конец клина к стенке скважины. Гофры на корпусе выполнены по винтовой линии (RU №70920).
Известен отклонитель скважинный, включающий полый корпус, выполненный в виде гофрированной трубы, один конец которого соединен с основанием отклоняющего клина, а второй заглушен, узел спуска устройства в скважину в виде надетого на клин и связанного с ним разъемным соединением кожуха, приспособленного для присоединения его к колонне труб, причем полости корпуса и кожуха выполнены герметичными и сообщены между собой, наружная поверхность гофр корпуса снабжена выступающими элементами, твердость которых превосходит твердость стенок скважины (RU №72713).
Известен отклонитель, содержащий гидроцилиндр с дросселем и поршнем-штоком с направляющими выступами, отклоняемый узел с пазами для
направляющих поршня-штока, возвратные пружины и подшипник, отличающийся тем, что гидроцилиндр дополнительно снабжен верхней и нижней неподвижными фиксирующими втулками с кулачками, расположенными равномерно по диаметру и радиально смещенными друг к другу, и подпружиненной подвижной фиксирующей втулкой, снабженной двумя рядами кулачков, расположенных равномерно по диаметру, причем нижняя неподвижная и подпружиненная подвижная фиксирующие втулки снабжены пазами для направляющих выступов поршня-штока (RU №2303117).
Известен также извлекаемый отклонитель для прорезания «окна» в обсадной трубе или бурения скважин, включающий режущий инструмент с гибким шлангом высокого давления, корпус клина-отклонителя, состоящий из отклоняющей и распорной частей, имеющий в отклоняющей части наклонную лицевую поверхность, ловильное гнездо для крюка, в распорной части имеющий корпус камеры с подпружиненным поршнем в ней, имеющий срезные элементы, входной и выходной клапаны, рычажный механизм, содержащий вертикальный, ведущий, ведомый рычаги и зажимной элемент, который размещен в продольном пазу в корпусе клина-отклонителя в его распорной части на тыльной стороне с возможностью перемещения в продольном и поперечном направлении относительно движения поршня, элементы рычажной системы соединены между собой и в пазах корпуса шарнирно, при этом корпус камеры выполнен с внутренней стороны переменного сечения: верхняя часть поверхности выполнена цилиндрической, а нижняя - конусной, корпус камеры закреплен в отклоняющей части корпуса клина-отклонителя болтами с возможностью продольного перемещения корпуса клина относительно корпуса камеры и жестко соединен срезными болтами, в корпусе камеры размещен гидравлический распределитель, корпус которого с внешней стороны имеет переменное сечение, в соответствии с переменным сечением внутренней поверхности корпуса камеры в участке их контакта, в корпусе камеры корпус гидравлического распределителя закреплен на резьбе, корпус гидравлического распределителя имеет центральное сквозное отверстие, П-образную полость в нижней части, полости, выполненные в горизонтальной плоскости и симметрично относительно друг друга, корпуса входного и выходного клапанов, закрепленные в этих полостях, клапаны содержат подпружиненный шарик, шарик входного клапана упирается в торцевую поверхность штуцера, расположенного в корпусе клапана с выходом из корпуса клина-отклонителя, гибкий
шланг размещен на лицевой поверхности корпуса клина-отклонителя в отклоняющей части его и соединен с подводящей металлической трубкой штуцерами, подводящая жидкость металлическая трубка уложена в продольном пазу, выполненном с тыльной стороны на поверхности корпуса клина-отклонителя, и соединена с штуцером входного клапана, подпружиненный шарик выходного клапана упирается в коническую поверхность, выполненную на внутренней поверхности корпуса клина-отклонителя в распорной части его, вдоль корпуса в теле гидравлического распределителя выполнены каналы с выходом на торцевую поверхность и входом в корпус входного и выходного клапанов, под конической же полостью в теле корпуса клина-отклонителя имеется зазор, поршень выполнен литым и Т-образной формы, поршень установлен и закреплен уплотнителями в корпусе камеры и в центральном сквозном отверстии корпуса гидравлического распределителя, с возможностью перемещения, нижняя торцевая часть поршня жестко соединена с кронштейном в П-образной полости корпуса гидравлического распределителя и шарнирно соединена с вертикальным рычагом, имеющим удвоенную ширину по сравнению с ведущим рычагом, зажимной элемент выполнен в виде плашки с зубьями на лицевой поверхности и продольным пазом в теле с тыльной стороны, в плашке выполнены отверстия, в которых непосредственно закреплены ведущий и ведомый рычаги шарнирами (RU №2289670, прототип).
Недостатками известных отклонителей являются узость функциональных возможностей в связи с необходимостью неоднократных спускок-подъемов для зарезки нескольких окон, и недостаточно высокое качество прорезаемых отверстий, большая длительность указанных операция.
Технической задачей полезной модели является создание эффективного отклонителя скважинного и расширение арсенала отклонителей скважинных.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи состоит в том, что расширены функциональные возможности отклонителя, так как он позволяет осуществить зарезку за один спуск без предварительной установки пакера или цементного моста. За одну спуско-подъемную операцию можно спустить отклонитель в скважину, ориентировать его в направлении планируемого ствола и закрепить, а затем полностью вырезать окно в обсадной колонне. Полезная модель позволяет добиться существенного сокращения времени бурения, устраняя необходимость в выполнении как минимум двух дополнительных рейсов, требующихся при использовании обычных систем вырезания окон. Обеспечено
быстрое эффективное прорезание окон высокого качества при минимальной осевой нагрузке на рабочую колонну и минимальном крутящем моменте. Образовавшиеся частицы шлама имеют малый размер и легко выходят из скважины с промывочной жидкостью.
Поскольку данный отклонитель извлекаемый, это позволяет использовать его для зарезки нескольких боковых сволов из одного центрального.
Данный отклонитель позволяет осуществить зарезку за один спуск без предварительной установки пакера или цементного моста. За одну спускоподъемную операцию можно спустить отклонитель в скважину, ориентировать его в направлении планируемого ствола и закрепить, а затем полностью вырезать окно в обсадной колонне. Полезная модель позволяет добиться существенного сокращения времени бурения, устраняя необходимость в выполнении как минимум двух дополнительных рейсов, требующихся при использовании обычных систем вырезания окон. Обеспечено быстрое эффективное прорезание окон высокого качества при минимальной осевой нагрузке на рабочую колонну и минимальном крутящем моменте. Образовавшиеся частицы шлама имееют малый размер и легко выходят из скважины с промывочной жидкостью.
Поскольку данный отклонитель извлекаемый, это позволяет использовать его для зарезки нескольких боковых сволов из одного центрального.
Сущность полезной модели состоит в том, что отклонитель содержит разделительный пакер, в торцевой Т-образный паз которого установлен толкатель механического якоря, закрепленного на этом толкателе, который соединен с желобом, имеющим вогнутую отклоняющую поверхность и состоящим из желоба-корпуса и желоба-наконечника, на конце последнего закреплен режущий инструмент, причем разделительный пакер состоит из штока с внутренним каналом и установленного на нем цилиндра, навинченного на шток с образованием полости, в которой последовательно расположены поршень и толкатель поршня, в котором установлены конусная втулка цанги, цанга и кольцо фиксирующие толкатель поршня на штоке, в средней части которого между толкателем поршня и плашкодержателем установлена цилиндрическая втулка с надетой на нее манжетой паркера, а в пазах плашкодержателя установлены четыре плашки, выполненные с возможностью перемещения в пазах типа «ласточкин хвост»
установленной на штоке конусной втулки в полости которой расположен толкатель одним концом соединенный при помощи штифта с гайкой надетой на шток, а другим концом с переводником установленном в соединенном с конусной втулкой корпусе и имеющим канал для подачи промывочной жидкости, механический якорь состоит из плашкодержателя, в канавке которого размещен защитный пакер, плашки, закрепленной винтом срезным на вставке, установленной на плашкодержателе, и плашки закрепленной винтами на плашкодержателе, а желоб соединен с якорем с помощью штифта и имеет наклонную поверхность для направления режущего инструмента.
Предпочтительно, по меньшей мере, часть направляющей поверхности желоба упрочнена наплавкой порошком карбида вольфрама.
На чертеже фиг.1 изображен отклонитель, на фиг.2 - разрез А-А по фиг.1, на фиг.3 - разрез Б-Б по фиг.1, на фиг.4 - разрез В-В по фиг.1, на фиг.5 - разрез Г-Г по фиг.1, на фиг.6 - разрез Д-Д по фиг.1, на фиг.7 - разрез А-А по фиг.8 - разделительный пакер, на фиг.9 - разрез Ж-Ж по фиг.8, на фиг.10 - механический якорь, на фиг.11 - разрез И-И по фиг.10, на фиг.12 - желоб с наконечником, на фиг.13 - узел соединения наконечника желоба с режущим инструментом.
Отклонитель содержит гидравлически управляемый разделительный пакер 1, толкатель 3 механического якоря 6, желоб 8, трубки 2, 9, болт 4 срезной крепления толкателя 3 к якорю 6, штифт 5 срезной крепления толкателя 3, штифт 7 крепления желоба 8 к механическому якорю 6, винт 10 срезной крепления режущего инстркмента - фрезера 62 оконно-стартового к наконечнику 61 желоба 8, два болта 11, две шайбы 12, две гайки 13, четырнадцать планок 14, тридцать два винта 15, две пластины 16, проходник 17 прямой.
Разделительный пакер 1 содержит шток 32 и навинченный на него цилиндр 41, зафиксированный винтом 42. В полости, образованной штоком 32 и цилиндром 41, расположен толкатель 37 поршня 38. Рабочие поверхности поршня 38 оснащены уплотнительными резиновыми кольцами 39, 44 и фторопластовыми кольцами 40, 43. Для фиксации толкателя 37 в рабочем положении на штоке 32 установлена конусная втулка 36 цанги, цанга 35 и кольцо 34.
В средней части штока 32 расположена цилиндрическая втулка 33 с надетой на нее разделительной манжетой 31 пакера. На внутренней цилиндрической поверхности втулки 33 имеется две проточки с уплотнительными кольцами 22.
В состав разделительного пакера 1 входят четыре плашки 29, установленные в Т-образных пазах плашкодержателя 30, закрепленного на штоке 32 штифтом 46, который зафиксирован в плашкодержателе 30 винтом 45.
Радиальное перемещение плашек 29 под действием осевой нагрузки обеспечивает конусная втулка 27 плашек, для присоединения которой в плашках 29 выполнены пазы типа «ласточкин хвост». Между плашкодержателем 30 и втулкой 27 конусной установлена пружина 28.
Конец штока 32, обращенный к якорю 6, имеет резьбу для присоединения гайки 25 резьбовой. В гайке 25 выполнены два отверстия для промывочной жидкости и одно радиальное отверстие для крепления штифтом 48 к толкателю 23 втулки 27. На конической втулке 27 выполнено резьбовое отверстие, закрытое винтом 47.
Соединение гайки 25 со штоком 32 и толкателем 23 герметизировано уплотнительными кольцами 24, 26.
В толкатель 23 ввинчен переводник 18 перемещение которого ограничено корпусом 21. Соединение переводника 18 с толкателем 23 герметизировано уплотнительным кольцом 22. В переводнике 18 выполнены отверстия для перетока промывочной жидкости в полость цилиндра 41. Боковое отверстие переводника 18 «заглушено» пробкой 20 резьбовой.
На торце переводника 18 имеется отверстие с конической резьбой для присоединения штуцера 19 и трубки 2.
Механический якорь 6 состоит из плашкодержателя 49, защитного клинового пакера 50 якоря, вставки 52, болта 51, плашек 54, 55, и содержит винт 53 срезной плашки 54, болт 56 срезной вставки 52.
Желоб 8 отклонителя состоит из желоба-корпуса 57, желоба-наконечника 61, штифта 60, болта 58 и шайбы 59 и имеет расширяющуюся к фрезеру 63 коническую отклоняющую направляющую поверхность желоба, задающую направление и увеличивающую площадь опоры этого режущего инструмента.
Часть направляющей поверхности желоба 8 упрочнена наплавкой порошком карбида вольфрама.
В верхней части наконечника 61 желоба 8 выполнено сквозное отверстие для установки винта 10 срезного крепления режущего инструмента - фрезера 62, соединенного с трубкой 9.
Основные параметры и размеры отклонителя изложены в таблице 1, Основные параметры и размеры разделительного пакера отклонителя изложены в таблице 2, Основные параметры и размеры механического якоря отклонителя изложены в таблице 3.
Таблица 1.
Показатели
Значение
1 Условный диаметр обсадной колонны, мм, ГОСТ 632
245
2 Угол наклона отклоняющей поверхности желоба 8, α, град.
2°36<sup>/</sup>
3 Наружный диаметр отклонителя, D, мм, не более
206,0
4 Длина отклоняющего желоба 8, мм, не менее
4076,0
5 Усилие, необходимое для среза, кН
- штифта 48 срезного пакера
200±10
- штифта 5 срезного толкателя
60±6
- винта 10 срезного крепления фрезера
160±10
6 Давление, необходимое для установки пакера, МПа
6±1
7 Длина, L, мм, не более
8449,0
8 Масса, кг, не более
1530,0
Таблица 2.
Показатели пакера
Значение
1 Наружный диаметр пакера, D, мм, не более
206,0
2. Количество плашек 29, шт.
4
3 Давление, необходимое для установки пакера, МПа
6±1
4 Диаметр отверстия под установку болта 4 крепления пакера к толкателю 3, d, мм, не менее
16,0
5 Наружный диаметр штифта 48 срезного пакера, d<sub>1</sub>, мм, не более
20,0
6 Длина, L, мм, не более
4220,0
7 Масса, кг, не более
347,0
Таблица 3.
Показатели механического якоря
Значение
1 Наружный диаметр по плашке 55, D, мм, не более
206,0
2 Наружный диаметр плашкодержателя 49, мм, Dп, нe более
203,0
3 Максимальный диаметр механического якоря 6 в рабочем положении (при максимально выдвинутой плашке 1), мм
242,0
4 Диаметр отверстия под установку штифта 7 крепления желоба 8 к механическому якорю 6, d, мм, не менее
70,0
5 Диаметр отверстия под установку штифта 5 крепления механического якоря 6 к толкателю 3, d<sub>1</sub>, мм, не менее
40,0
6 Длина, L, мм, не более
1900,0
7 Масса, кг, не более
359,0
Сборка отклонителя производится следующим образом
Толкатель 3 устанавливается в Т-образный паз переводника 18 пакера 1 и фиксируется болтами 11, шайбой 12 и гайкой 13.
Механический якорь 6 устанавливается на толкатель 3, фиксируется штифтом 4, и раскернивается.
Желоб 8 устанавливается в отверстии якоря 6 и фиксируется штифтом 7. Во избежание выпадения якорь раскернивается по месту вокруг штифта 7.
Желоб 8 поворачивается вокруг его оси на 90 градусов для установки трубки 9 в соответствующее окно. Трубка 2 соединяется с трубкой 9 проходником 17 прямым. Соединение трубок 2, 9 фиксируется пластинами 16 и винтами 15. Трубки 2, 9 укладываются в паз желоба 8 и фиксируются в этом положении планками 14 и винтами 15. Трубку 2 присоединяют к штуцеру 19 пакера 1.
Сборка пакера производится следующим образом.
Взаимодействующие сопрягаемые поверхности смазываются графитной смазкой, а остальные поверхности деталей - машинным маслом.
Плашкодержатель 30 устанавливается на шток 32, затем на шток 32 надевается пружина 28.
Уплотнительное кольцо 26 устанавливается в соответствующую проточку на штоке 32. Плашки 29 устанавливаются в Т-образные пазы плашкодержателя 30.
Конусная втулка 27 вставляется ее в соответствующие пазы на плашках 29. Уплотнительное кольцо 24 одевается на гайку 25.
Специальным ключом гайка 25 навинчивается на шток 32 и затягивается при неподвижном положении штока 32.
Корпус 21 надевается на переводник 18, устанавливается уплотнительное кольцо 22 и навинчивается толкатель 23.
Переводник 18 с корпусом 21 и толкателем 23 вставляются в конусную втулку 27 и корпус 21 завинчивается на втулке 27.
Переводник 18 поворачивается по часовой стрелке в втулке 27 до тех пор, пока в боковом резьбовом отверстии втулки 27 не будет видно отверстие толкателя 23. После достижения их соосности вращением штока 32 приведите отверстие гайки 25 приводится в положение соосности с отверстиями толкателя 23 и втулки 27 (см. фиг.9).
Через боковое резьбовое отверстие втулки 27 устанавливается штифт 48 срезной пакера. Поворотом штока 32 относительно плашкодержателя 30 обеспечивается соосность отверстия плашкодержателя 30 и ответного отверстия штока 32, после чего устанавливантся штифт 46 плашкодержателя 30 и ввинчивается винт 45. При этом контролируется отсутствие осевого перемещения плашкодержателя 30 относительно штока 32. Боковое резьбовое отверстие втулки 27 заглушивается винтом 47.
Манжета 31 устанавливается на втулку 33, уплотнительные кольца 22 - в соответствующие проточки втулки 33. Втулка 33 и манжета 31 надеваются на шток 32 до упора манжеты 31 в торец плашкодержателя 30. Кольцо 34 устанавливается на шток 32 и цангу 35 меньшим внутренним диаметром к кольцу 34. Втулка 36 навинчивается на резьбу штока 32.
Толкатель 37 устанавливается до упора в торец втулки 33.
Уплотнительные кольца 39 и фторопластовые кольца 40 устанавливаются в соответствующие внутренние проточки поршня 38, а кольца 43 и 44 - в наружные проточки поршня 38.
Цилиндр 41 навинчивается на шток 32 и контрится винтами 42.
Пробка 47 резьбовая и штуцер 19 устанавливаются в переводник 18. Сборка якоря производится следующим образом.
Плашкодержатель 49 устанавливается в вертикальном положении. Одевается пакер50. Вворачивается вставка 52 в плашкодержатель 49. Плашка 54 надевается Т-образным пазом на соответствующий элемент плашкодержателя 49, причем плашка 54 устанавливается широким торцем вниз, и фиксируется винтом 53. Вворачивается болт 51. Затем устанавливается плашка 55 и фиксируется болтами 56.
Сборка желоба 8 и режущего инструмента производится следующим образом.
Штифт 60 устанавливается в отверстие наконечника 61, который стыкуется с корпусом 57 и фиксируется винтами 58, 59. Фрезер 62 крепится к наконечнику 61 винтом 10 срезным и соединяется с трубкой 9.
Отклонитель работает следующим образом.
Подготовленный к работе отклонитель, скомпонованный с фрезером 62 присоединяется к колонне бурильных труб и опускается в скважину на требуемую глубину.
Спуск отклонителя осуществляется без «промывки», с «доливом» промывочной жидкости (для стабилизации внешнего и внутреннего давления) или с установкой переливного клапана. При необходимости, отклонитель ориентируется в нужном азимуте.
Включается подача промывочной жидкости во внутреннюю полость бурильной колонны и создается давление, необходимое для установки пакера 1, равное 6±1 МПа. Пакер 1 с клапаном-отсекателем (не изображен) пласта устанавливается на длительный период эксплуатации скважины в забое (над ее фильтровой частью) для предотвращения самопроизвольного аварийного фонтанирования во время подземного ремонта (из-за высокого пластового давления, при поломке узлов фонтанной арматуры и т.п.).
Для зарезки бокового ствола увеличиается осевая нагрузка на фрезер 62 оконный-стартовый до 160 кН.
При этом в полости цилиндра 41 пакера создается избыточное давление, благодаря чему толкатель 38 перемещает манжету 31 и плашкодержатель 30.
Срезается штифт 46, и плашки 29 раскрываются и расклиниваются между колонной и втулкой 27.
При дальнейшем увеличении давления деформируется манжета 31, выбирая зазор между пакером и обсадной колонной.
Толкатель 38 в верхнем положении фиксируется втулкой 27 конусной и цангой 35.
При осевом нагружении отклонителя происходит срез штифта 5 механического якоря 6 и выдвижение плашки 54 толкателем 3. При этом механический якорь 6 отклоняется и прижимает желоб 8 пакером 50 к стенке обсадной колонны.
Таким образом манжетой 31 производится герметизация колонны разделительным пакером 1 и клиновое крепление пакером 50 якоря 6 с прижимом к стенке колонны.
При увеличении осевой нагрузки на фрезер 62 оконный-стартовый, происходит срез винта 10 срезного крепления фрезера 62.
Далее происходит зарезка фрезером 62 бокового окна в эксплуатационной колонне.
Извлечение отклонителя производится с помощью специального крюка ловильного (не изображен).
Для этого крюк ориентируется таким образом, чтобы выступ крюка находился напротив лицевой части желоба 8.
Крюк медленно опускается на 2,2-3 м, наблюдая за показанием веса колонны. Увеличение веса колонны свидетельствует о захвате отклонителя. Если вес колонны остался неизменным, захвата не произошло.
При необходимости для удобства транспортировки, отклонитель разобрать может быть разобран на пакер в сборе, толкатель, механический якорь в сборе, желоб-корпус, желоб-наконечник.
Заявленная конструкции обеспечивает возможность установки отклонителя на любом участке не только в вертикальных, но и в наклонных скважинах. В данной конструкции механический якорь 6 обеспечивает надежный прижим желоба 8 к стенке колонны и при этом не создает нежелательного радиального давления на разделительный пакер 1, исключая разгерметизацию посадки. Это осуществляется благодаря тому, что толкатель 3 механического якоря 6 жестко связан с разделительным пакером 1 при помощи штифта 5 с возможностью осевого перемещения по фигурному пазу толкателя 3, воздействующего на механический якорь 6.
При этом данный отклонитель позволяет осуществить зарезку за один спуск без предварительной установки пакера или цементного моста. За одну спуско-подъемную операцию можно спустить отклонитель в скважину, ориентировать его в направлении планируемого ствола и закрепить, а затем полностью вырезать окно в обсадной колонне. Полезная модель позволяет добиться существенного сокращения времени бурения, устраняя необходимость в выполнении как минимум двух дополнительных рейсов, требующихся при использовании обычных систем вырезания окон. Обеспечено быстрое эффективное прорезание окон высокого качества при минимальной осевой нагрузке на рабочую колонну и минимальном крутящем моменте. Образовавшиеся частицы шлама имеют малый размер и легко выходят из скважины с промывочной жидкостью.
Поскольку данный отклонитель извлекаемый, это позволяет использовать его для зарезки нескольких боковых сволов из одного центрального.