КЛИНОВОЙ ОТКЛОНИТЕЛЬ
WEDGE-SHAPED DIVERTER

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к забуриванию боковых стволов из ранее пробуренных скважин.
Известно устройство для забуривания дополнительного ствола из скважины, включающее полый корпус, отклоняющий клин и узел спуска устройства в скважину в виде надетого на клин и связанного с ним разъемным соединением кожуха, приспособленного для соединения с колонной труб (патент RU №2006561, Е21В 7/08, опубл. бюл. №2 от 30.01.1994 г.).
Его недостатками являются сложность конструкции из-за наличия в нем пакерного и якорного узлов, а также ненадежность, поскольку закрепление его в скважине путем резкой подачи инструмента вниз является неуправляемым процессом, а использование для этого хвостовика связано с большими затратами труб.
Наиболее близким к предлагаемому по большинству совпадающих признаков является клиновой отклонитель (патент РФ №2166058, МПК Е21В 7/08, опубл. 27.04.2001 г., бюл. №9), включающий направляющий клин с рабочей поверхностью, узел опоры, снабженный цилиндром с поршнем, взаимодействующий с выдвижными распорными элементами, выполненными в виде плашек с зубьями. Узел опоры жестко соединен с направляющим клином, который имеет со стороны, противоположной рабочей поверхности, паз для размещения в нем шланга высокого давления. Узел опоры снабжен наклонными поверхностями, сужающимися сверху вниз к оси отклонителя и взаимодействующими с плашками. Верхняя часть клина закреплена срезным болтом с подвесным устройством.
Существенными недостатками являются невозможность извлечения клинового отклонителя из скважины или его разрушения после прорезания «окна» в обсадной колонне труб, а также необходимость очистки внутренней поверхности обсадной трубы до вырезания «окна». Выход плашек в радиальном направлении зависит от внутреннего диаметра обсадной трубы и связан с ходом поршня, поэтому необходимо знать точный внутренний диаметр трубы, а это дополнительный спуск/подъем измерительного инструмента.
Технические задачи - расширение применения за счет возможности многократного использования клинового отклонителя с извлечением его из скважины, а также установка клинового отклонителя без предварительной подготовки внутреннего диаметра обсадной трубы с одновременным повышением уровня надежности установки и фиксации в скважине, получение снижения времени при установке клинового отклонителя и удобства при эксплуатации.
Техническая задача решается клиновым отклонителем, содержащим направляющий клин с рабочей поверхностью и камерой, имеющим со стороны противоположной рабочей поверхности паз для размещения в последнем шланга высокого давления, сообщенного с камерой, узел опоры, состоящий из элемента опоры с наклонными поверхностями, сужающимися к оси отклонителя сверху вниз, плашек, взаимодействующих с наклонными поверхностями, цилиндра с поршнем и корпуса, охватывающего элемент опоры, причем верхняя часть клина закреплена срезным элементом с подвесным устройством.
Новым являемся то, что элемент опоры жестко соединен с нижней частью клина, оснащен центральным каналом, сужающимся внизу и сообщенным с камерой клина, выполненным полым с сужением канала внизу, и оснащен снизу цилиндрической поверхностью, на которой жестко размещен поршень, причем наклонные поверхности выше цилиндрической поверхности образуют на поверхности элемента опоры многогранную призму, а цилиндр охватывает нижнюю цилиндрическую поверхность с поршнем элемента опоры с возможностью продольного по ней перемещения вверх, при этом полость цилиндра сверху поршня сообщена центральным каналом выше сужения, корпус выполнен в виде опирающейся снизу на цилиндр и подпружиненной сверху от элемента опоры полой подвижной втулки с окнами под плашки, которые выполнены в виде роликов с осевыми отверстиями, причем окна выполнены равномерно по периметру и со смещением по высоте корпуса и снабжены в плоскости, перпендикулярной оси отклонителя, осями под осевые отверстия плашек, при этом диаметры осевых отверстий плашек превосходят диаметры осей на величину не менее максимально возможного радиального перемещения плашек.
На фиг.1 показан клиновой отклонитель в транспортном положении с частичным продольным разрезом; на фиг.2 - сечение А-А фиг.1, на фиг.3 - клиновой отклонитель в скважине с частичным продольным разрезом в рабочем положении, на фиг.4 - сечение Б-Б фиг.3.
Клиновой отклонитель содержит направляющий клин 1 (фиг.1) с рабочей поверхностью 2, камеру 3, соединенную шлангом 4 с полостью буровых труб (не показаны). Шланг 4 проходит в паз 5, находящийся на стороне, противоположной рабочей поверхности 2 направляющего клина 1. Узел опоры 6, имеющий наклонные поверхности 7, сужающиеся сверху вниз, образует на поверхности элемента опоры многогранную призму, которая жестко соединена с нижней частью направляющего клина 1. Выступ 8, находящийся на цилиндрической поверхности 9 узла опоры 6, является поршнем и ограничителем движения вверх для цилиндра 10, образуя поршневую полость 11, сообщающуюся отверстием 12 с камерой 3. Нижняя часть цилиндра 10 имеет сужение 13. Над цилиндром 10 с возможностью перемещения расположен корпус 14 с окнами 15, в которых на осях 16 (фиг.2) закреплены плашки 17, выполненные в виде роликов, у которых диаметр отверстия 18 больше диаметра оси 16 на величину, превышающую радиальный ход плашек 17, при этом наружный диаметр плашек 17 уменьшается по рядам снизу вверх. В нижней части узла опоры 6 (фиг.1) имеются дросселирующее отверстие 19 и выступ 20, ограничивающий перемещение корпуса 14 и цилиндра 10 вниз. Корпус 14 подпружинен сверху вниз пружиной 21, упирающейся в выступ 22 узла опоры 6, при этом пружина 21 охватывает наклонные поверхности 7. Верхняя часть направляющего клина 1 закреплена срезным элементом 23 с подвесным устройством 24, который жестко соединен с колонной буровых труб (не показан).
Клиновой отклонитель работает следующим образом.
Клиновой отклонитель, подсоединенный к бурильным трубам (не показаны) посредством подвесного устройства 24 через срезной элемент 23, спускают в зону, где необходимо произвести забуривание бокового ствола из ранее пробуренной скважины 25. Во время спуска компоновка находится в транспортном положении, то есть корпус 14 с плашками 17 (фиг.2) под действием предварительно сжатой пружины 21 (фиг.1) опирается на верхнюю часть цилиндра 10 и охватывает нижнюю часть наклонных поверхностей 7. Разница диаметров оси 16 (фиг.2) и внутреннего диаметра 18 обеспечивает свободное прохождение плашек 17 по стволу скважины 25 (фиг.1). Плашки 17 (фиг.2) не касаются наклонных поверхностей 7 (фиг.1) и цилиндрической поверхности 9, так как всегда находятся в поджатом положении пружиной 21. Сужение 13 цилиндра 10 упирается в выступ 20 узла опоры 6. Скважинная жидкость через дросселирующее отверстие 19, камеру 3, шланг высокого давления 4 и подвесное устройство 24 заполняет внутреннее пространство бурильных труб (не показаны). После спуска компоновки в нужный интервал необходимо подать жидкость через колонну бурильных труб (не показана), подвесное устройство 24, шланг высокого давления 4, камеру 3 в дроссельное отверстие 19. Под действием перепада давления, создаваемого благодаря дроссельному отверстию 19 между поршневой полостью 11 и внутрискважинным пространством, жидкость посредством отверстия 12 заполняет цилиндр 10 и перемещает его вверх вместе с корпусом 14, в окнах 15 которого находятся плашки 17 (фиг.4), которые входят в предварительное заклинивание между наклонными поверхностями 7 (фиг.3) и внутренней поверхностью стенки обсадной трубы скважины 25. Плашки 17 (фиг.4) перемещаются также и в радиальном направлении при прокатывании по наклонным плоскостям 7 (фиг.3) за счет разницы диаметров оси 16 (фиг.4) и диаметра отверстия 18 плашки 17. Перемещение вверх цилиндра 10 (фиг.3), корпуса 14 с плашками 17 (фиг.4) вызывает сжатие пружины 21 (фиг.3). Перемещение вверх цилиндра 10 ограничивается упором выступа 19 цилиндра 10 в выступ 8 цилиндрической поверхности 9. Созданием осевой нагрузки на срезной элемент 23 весом колонны буровых труб (не показаны) производится одновременное заклинивание всех рядов плашек 17 (фиг.4) между наклонными плоскостями 7 (фиг.3) и внутренней поверхностью стенки обсадной трубы скважины 25 обеспечивая посадку клинового отклонителя со срезанием срезного элемента 23 и шланга 4. Далее райбер (не показан) перемещается по рабочей поверхности 2 клина 1 вниз, фрезеруя стенку обсадной колонны скважины 25. Под действием осевой нагрузки при прокатывании плашек 17 (фиг.4) по наклонным поверхностям 7 (фиг.3) с вибрацией от усилия резания стенки обсадной колонны скважины 25 обеспечивается плотная неподвижная посадка клинового отклонителя. С увеличением осевой нагрузки надежность посадки клинового отклонителя, то есть зацепление плашек 17 (фиг.4) за стенки скважины 25, возрастает. При необходимости извлечения клинового отклонителя из скважины после окончания работ с пробуренной дополнительной скважиной следует ловильным инструментом (например, «колоколом») зацепить верхнюю часть направляющего клина 1 (фиг.3) и потянуть его вверх. Вследствие движения вверх наклонных поверхностей 7 узла опоры 6 плашки 17 (фиг.4) будут катиться по внутренней поверхности стенки обсадной трубы скважины 25 и по наклонным поверхностям 7 (фиг.3) узла опоры 6, при этом произойдет расклинивание плашек 17 (фиг.4), которые с корпусом 14 (фиг.3) под действием сжатой пружины 21 переместятся вместе с цилиндром 10 (фиг.1) вниз до упора выступа 19 в выступ 8 цилиндрической поверхности 9, то есть компоновка находится в транспортном положении для извлечения из скважины 25.
Экономия материала, энергии, трудозатрат и времени достигается при строительстве скважин многократным использованием одного комплекта клинового отклонителя предлагаемой конструкции. Шланг и срезной элемент являются расходным материалом при установке клинового отклонителя. При установке клинового отклонителя применяется всего один срезной элемент, усилие срезания которого может варьироваться в широком диапазоне. Срезной элемент служит только для доставки клинового отклонителя в интервал вырезания окна, а по изменению веса колонны бурильных труб и скачка давления жидкости в нем вследствие среза шланга высокого давления контролируют установку клинового отклонителя. С применением клинового отклонителя предлагаемой конструкции при строительстве многозабойных скважин основной ствол оставляется открытым, что позволяет вести добычу одновременно с основного и со всех дополнительных стволов.