ФРЕЗЕРНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ВЫРЕЗКИ ОКНА В ОБСАДНОЙ КОЛОННЕ СКВАЖИНЫ
MILLING TOOL FOR CUTOUT OF WINDOW IN WELL CASING STRING

Изобретение относится к буровой технике, а именно - к фрезерным инструментам для вырезки окон в обсадных колоннах бездействующих или малодебитных скважин с целью последующего бурения боковых стволов для добычи нефти через окна в стенках обсадных труб.
Известен фрезерный инструмент, содержащий режущую и направляющую части, режущая часть выполнена в виде фрезы для прорезания окна в обсадной колонне скважины, включающей полый корпус, в котором выполнен промывочный канал вдоль оси фрезы и промывочные отверстия в нижней части, и имеющий боковые и концевые рабочие поверхности, покрытые режуще-истирающим покрытием и закрепленными режущими элементами, направляющая часть выполнена в виде клина-отклонителя с наклонной рабочей поверхностью, соединенного с корпусом фрезы срезным болтом через промежуточный элемент, корпус фрезы выполнен разъемным и состоит из верхней и нижней частей, нижняя часть имеет торец, выполненный в форме пирамиды, на ребрах которой, являющихся рабочими поверхностями, закреплены в один или два ряда при ступенчатой поверхности ребер твердосплавные режущие элементы, а на гранях напаян слой режуще-истирающего покрытия, верхняя часть корпуса фрезы имеет переменное сечение, концевая часть верхней части корпуса имеет цилиндрическую форму, над концевой частью корпус имеет форму усеченной пирамиды, направленной усеченной частью вверх, на' ребрах которой, представляющих рабочие поверхности, нанесено режуще-истирающее покрытие, над частью корпуса, выполненной в форме усеченной пирамиды, корпус выполнен в виде сферического многогранника, представляющие рабочую поверхность, грани которого в сечении имеют форму неправильной трапеции, на нижней боковой поверхности граней закреплены в один или два ряда при ступенчатой поверхности ребер режущие элементы, выше которых вдоль рабочей поверхности нанесено режуще-истирающее покрытие, верхняя и нижняя части корпуса фрезы соединены шлицевым крестообразным соединением путем выполнения крестообразных пазов на нижней торцевой поверхности верхней части корпуса и ответных им крестообразных выступов на верхней торцевой поверхности нижней части корпуса, нижняя и верхняя части корпуса фрезы закреплены болтом, установленным в отверстии, выполненным под промывочным каналом в нижней части корпуса, на границе перехода от внутреннего диаметра промывочного канала к внутреннему диаметру отверстия под болт образована круговая опора, на которой размещен полый пружинный элемент и Т-образная головка болта, которая горизонтальной частью опирается на полый пружинный элемент, диаметр горизонтальной части равен внутреннему диаметру промывочного канала, а вертикальная часть головки выполнена над горизонтальной частью и имеет диаметр, равный диаметру тела болта, в верхней части корпуса фрезы выполнены промывочные отверстия в шахматном порядке по отношению к промывочным отверстиям нижней части корпуса, срезной болт для закрепления корпуса фрезы расположен в резьбовом отверстии между концевыми рабочими поверхностями фрезы и в промежуточном элементе, выполненном в виде втулки, втулка вставлена в отверстие Т-образной формы, выполненное' в верхней части клина-отклонителя и жестко закреплена в этом отверстии, часть втулки, соприкасающаяся с корпусом фрезы, выполнена в виде усеченного конуса с резьбой и выступает над поверхностью клина-отклонителя (RU 2310735 С1, 20.11.2007).
Недостатком известного фрезерного инструмента является неполная возможность повышения ресурса и надежности, снижения стоимости бурильных работ вследствие повышенных циклических ударных нагрузок и вибраций, высокой вероятности образования пробок стружки между зубьями фрез, образующих профиль вырезаемого окна, а также из-за возникновения истирающего действия стружкой пластин из твердого сплава.
Другим недостатком известного фрезерного инструмента является неполная возможность снижения вибрационных напряжений в соединениях компоновки низа бурильной колонны (КНБК), склонность фрезерной КНБК к уводу "влево" (хорошее сцепление цемента или твердый пласт) и к уводу "вправо" (плохое сцепление цемента или мягкий пласт), при этом требуется поднятие бурильной колонны для установки проходного и калибрующего фрезеров-райберов для чистого фрезерования окна с гладкими кромками в стенке обсадной трубы.
Известен фрезерный инструмент для вырезки окна в обсадной колонне скважины, состоящий из корпуса, множества лопастей на корпусе с радиально исходящими отверстиями между лопастями и продольно исходящими отверстиями между лопастями, и множества вставок, установленных на лопасти, каждая из вставок состоит из корпуса и слоя режущего материала из синтетических алмазов на режущем торце каждого корпуса вставки для вырезки окна через стальную обсадную колонну и для бурения пласта, прилегающего к скважине (US 6612383, Sep.2. 2003).
Недостатком известного фрезерного инструмента является неполная возможность повышения ресурса и надежности, снижения стоимости бурильных работ, что объясняется хрупкостью и низкой ударной прочностью поликристаллических алмазов PDC (Polycrystalline Diamond Compakt), высокой стоимостью фрезерного инструмента, неполной возможностью предотвращения сколов первого ряда режущих пластин вследствие повышенных циклических ударных нагрузок и вибраций, высокой вероятности образования пробок стружки между зубьями, что повышает вероятность заклинивания (прихвата) компоновки низа бурильной колонны в колонне обсадных труб.
Известен фрезерный инструмент для вырезания окна в обсадной колонне скважины, состоящий из оконного фрезера, закрепленного на верхнем конце клина-отклонителя с возможностью разъединения, и двух фрезеров-райберов, расположенных выше по стволу скважины относительно оконного фрезера, при этом оконный фрезер в верхней части имеет утолщение, клин-отклонитель имеет уступ, выполненный с возможностью его взаимодействия с утолщением оконного фрезера в момент зарезания стенки обсадной колонны, лопасти оконного фрезера выполнены сменными, армированными твердым сплавом и/или режущими вставками, фрезеры-райберы соединены между собой через гибкий патрубок и имеют участки корпуса с уменьшенным диаметром, оконный фрезер и фрезеры-райберы соединены между собой посредством двухупорной замковой резьбы, причем диаметр фрезеров-райберов увеличивается на один типоразмер вверх от оконного фрезера (RU 2278239 С1, 20.06.2006).
Недостатком известного фрезерного инструмента является неполная возможность повышения ресурса и надежности, снижения стоимости бурильных работ вследствие повышенных циклических ударных нагрузок и вибраций, высокой вероятности образования пробок стружки между зубьями фрез, образующих профиль вырезаемого окна, неполная возможность предотвращения сколов первого ряда режущих пластин при заходе в прорезанное окно калибрующего фрезера-райбера, неполная возможность равномерного износа режущих пластин, а также из-за возникновения истирающего действия стружкой пластин из твердого сплава, что повышает вероятность заклинивания (прихвата) фрезерного инструмента в стенке обсадной трубы, не обеспечивает экономического преимущества при проходке скважины за один рейс фрезерного инструмента для чистого фрезерования окна с гладкими кромками в стальной обсадной трубе и для бурения пласта, прилегающего к скважине.
Другим недостатком известного фрезерного инструмента является склонность фрезерной компоновки низа бурильной колонны к уводу "влево" (хорошее сцепление цемента или твердый пласт) и к уводу "вправо" (плохое сцепление цемента или мягкий пласт) при вырезке окна в стальной обсадной трубе в обсадной колонне скважины и для бурения пласта, прилегающего к скважине.
Известна компоновка для прорезки и формирования полноразмерного бокового окна в обсадной колонне скважины за один рейс бурильного инструмента, включающая соединенные с колонной бурильных труб зарезной, проходной и калибрующий фрезеры-райберы с металлоразрушающими элементами на их наружной поверхности и отклоняющий клин с узлом его подвески на срезных болтах-штифтах, при этом фрезеры-райберы жестко закреплены на едином полом валу, который верхним концом жестко соединен на резьбе с колонной бурильных труб, на нижнем конце единого полого вала жестко закреплен зарезной фрезер-райбер, а проходной и калибрующий фрезеры-райберы жестко закреплены на наружной поверхности единого полого вала ниже его присоединительной резьбы с колонной бурильных труб на расстоянии друг от друга, определяемом функциональными параметрами окна (RU 2312199 С1, 10.12.2007).
Недостатком известного фрезерного инструмента является неполная возможность повышения ресурса и надежности, снижения стоимости бурильных работ вследствие неполной возможности снижения циклических ударных нагрузок и вибраций, снижения напряжений в соединениях компоновки низа бурильной колонны, предотвращения сколов первого ряда режущих пластин при заходе в прорезанное окно калибрующего фрезера-райбера, а также уменьшения истирающего действия стружкой режущих пластин и образования равномерной стружки по количеству и размерам, что повышает вероятность заклинивания (прихвата) фрезерного инструмента в стенке обсадной трубы, не обеспечивает экономического преимущества при проходке скважины за один рейс фрезерного инструмента для чистого фрезерования окна с гладкими кромками в стальной обсадной трубе в обсадной колонне скважины и для бурения пласта, прилегающего к скважине.
Другим недостатком известной конструкции является склонность фрезерной компоновки низа бурильной колонны к уводу "влево" (хорошее сцепление цемента или твердый пласт) и к уводу "вправо" (плохое сцепление цемента или мягкий пласт) при вырезке окна в стальной обсадной трубе в обсадной колонне скважины и для бурения пласта, прилегающего к скважине.
Наиболее близким к заявляемой конструкции является фрезерный инструмент для вырезки окна в обсадной колонне скважины, содержащий зарезной, проходной и калибрующий фрезеры-райберы с закрепленными в них режущими пластинами из твердого сплава, при этом зарезной и проходной фрезеры-райберы выполнены в виде единого полого корпуса, а зарезной, проходной и калибрующий фрезеры-райберы жестко закреплены на едином полом валу при помощи резьбы, центрирующих поясов и контактирующих друг с другом торцов фрезеров-райберов и единого полого вала, а также содержащий отклоняющее клиновое устройство с узлом его подвески на срезных болтах, а в едином полом корпусе и в едином полом валу выполнены каналы для промывочной жидкости, при этом центрирующий пояс единого полого вала для установки и закрепления калибрующего фрезера-райбера выполнен с эксцентриситетом относительно центральной продольной оси единого полого, вала, режущие пластины, закрепленные в проходном фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, расположены с эксцентриситетом относительно режущих пластин, закрепленных в зарезном фрезере-райбере и образующих поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, режущие пластины, закрепленные в зарезном фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, расположены концентрично относительно центральной продольной оси единого полого вала, а режущие пластины, закрепленные в проходном фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, а также режущие пластины, закрепленные в калибрующем фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, расположены с одинаковым эксцентриситетом и оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси единого полого вала, корпус калибрующего фрезера-райбера выполнен с винтовыми каналами, единый полый корпус зарезного и проходного фрезеров-райберов выполнен с винтовыми каналами для проходного фрезера-райбера, а режущие пластины, закрепленные в проходном фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, а также режущие пластины, закрепленные в калибрующем фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, расположены вдоль центральной продольной оси единого полого вала и закреплены в продольных пазах винтовых лопастей, образованных вышеуказанными винтовыми каналами, при этом винтовые лопасти проходного и, соответственно, калибрующего фрезера-райбера с закрепленными в них режущими пластинами выполнены каждая с поперечной стружколомающей канавкой (RU 2399747 С1, 20.09.2010).
Недостатком известного фрезерного инструмента является неполная возможность повышения ресурса и надежности, снижения стоимости бурильных работ вследствие неполной возможности снижения циклических ударных нагрузок и вибраций, снижения напряжений в соединениях компоновки низа бурильной колонны, предотвращения сколов первого ряда режущих пластин при заходе в прорезанное окно калибрующего фрезера-райбера, уменьшения вероятности образования пробок стружки между зубьями фрез, образующих профиль вырезаемого окна, уменьшения истирающего действия стружкой режущих пластин на фрезах, обеспечения равномерного износа режущих пластин, образования равномерной стружки по количеству и размерам при вырезке окна в обсадной колонне скважины.
Другим недостатком известной конструкции является неполная возможностью упрощения конструкции и снижения стоимости фрезерного инструмента, по существу, для обеспечения расположения режущих пластин, закрепленных в проходном фрезере-райбере, а также режущих пластин, закрепленных в калибрующем фрезере-райбере оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси единого полого вала.
Например, в известной конструкции устанавливают единый полый корпус 6 с проходным фрезером-райбером 2 и зарезным фрезером-райбером 1 на едином полом валу 7 при помощи центрирующего пояса 10, жестко закрепляют при помощи резьбы 8 с заданным моментом затяжки, обеспечивают полный контакт торцов 14 и 13 единого полого корпуса 6 (проходного фрезера-райбера 2) и единого полого вала 7 с регулировочным кольцом 29, при этом режущие пластины 4, 5, закрепленные в проходном фрезере-райбере 2 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне 17, а также режущие пластины 4, 5, закрепленные в калибрующем фрезере-райбере 3 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне 17, располагают с одинаковым эксцентриситетом, соответственно 26, 23 оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси 24 единого полого вала 7, что не обеспечивает снижения стоимости и упрощения конструкции.
Техническим результатом изобретения является повышение ресурса и надежности, снижение стоимости бурильных работ за счет снижения циклических ударных нагрузок и вибраций, снижения напряжений в соединениях компоновки низа бурильной колонны, предотвращения сколов первого ряда режущих пластин при заходе в прорезанное окно калибрующего фрезера-райбера, уменьшения вероятности образования пробок стружки между зубьями фрез, образующих профиль вырезаемого окна, уменьшения истирающего действия стружкой режущих пластин на фрезах, обеспечения равномерного износа режущих пластин, образования равномерной стружки по количеству и размерам при вырезке окна в обсадной колонне скважины.
Другим техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и снижение стоимости фрезерного инструмента за счет того, что режущие пластины, закрепленные в проходном и калибрующем фрезерах-райберах и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, при резьбовом соединении корпуса зарезного и проходного фрезеров-райберов с единым полым калибрующим модулем располагаются оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси полого вала за счет определенный толщины одного регулировочного кольца.
Этот технический результат достигается тем, что во фрезерном инструменте для вырезки окна в обсадной колонне скважины, содержащем зарезной, проходной и калибрующий фрезеры-райберы с закрепленными в них режущими пластинами, зарезной и проходной фрезеры-райберы выполнены в виде единого полого корпуса, калибрующий фрезер-райбер жестко закреплен на полом валу, единый полый корпус с зарезным и проходным фрезерами-райберами и полый вал с калибрующим фрезером-райбером жестко скреплены между собой, режущие пластины, закрепленные в зарезном фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, расположены концентрично относительно центральной продольной оси полого вала, режущие пластины, закрепленные в проходном и калибрующем фрезерах-райберах и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, расположены с одинаковым эксцентриситетом и оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси полого вала, калибрующий фрезер-райбер выполнен с винтовыми каналами, единый полый корпус зарезного и проходного фрезеров-райберов выполнен с винтовыми каналами для проходного фрезера-райбера, при этом режущие пластины, закрепленные в проходном фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, а также режущие пластины, закрепленные в калибрующем фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, расположены вдоль центральной продольной оси полого вала и закреплены в продольных пазах винтовых лопастей, образованных вышеуказанными винтовыми каналами, а винтовые лопасти проходного и, соответственно, калибрующего фрезера-райбера с закрепленными в них режущими пластинами выполнены каждая с поперечной стружколомающей канавкой, а также содержащий отклоняющее клиновое устройство с узлом его подвески на срезных болтах, согласно изобретению калибрующий фрезер-райбер с винтовыми лопастями и полый вал выполнены в виде единого полого калибрующего модуля с винтовыми лопастями и режущими пластинами, закрепленными в продольных пазах винтовых лопастей, в передней по оси части единого полого калибрующего модуля перед винтовыми лопастями выполнены продольные углубления, совпадающие в окружном положении с продольными пазами винтовых лопастей, при этом в каждом вышеуказанном продольном углублении единого полого калибрующего модуля закреплена лобовая режущая пластина с выступанием над наружной поверхностью передней по оси части единого полого калибрующего модуля перед винтовыми лопастями, а также с выступанием над лобовой поверхностью винтовой лопасти единого полого. калибрующего модуля.
Каждая лобовая режущая пластина, закрепленная в продольном углублении передней по оси части единого полого калибрующего модуля перед винтовой лопастью, контактирует с дном продольного углубления.
Поперечные стружколомающие канавки, выполненные в винтовых лопастях проходного фрезера-райбера с закрепленными в них режущими пластинами, расположены в одной поперечной плоскости, при этом минимальная ширина каждой поперечной стружколомающей канавки равна ширине винтовой лопасти.
Поперечные стружколомающие канавки, выполненные в винтовых лопастях калибрующего фрезера-райбера с закрепленными в них режущими пластинами, расположены в одной поперечной плоскости, при этом минимальная ширина каждой поперечной стружколомающей канавки равна ширине винтовой лопасти.
Выполнение фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины таким образом, что калибрующий фрезер-райбер с винтовыми лопастями и полый вал выполнены в виде единого полого калибрующего модуля с винтовыми лопастями и режущими пластинами, закрепленными в продольных пазах винтовых лопастей, в передней по оси части единого полого калибрующего модуля перед винтовыми лопастями выполнены продольные углубления, совпадающие в окружном положении с продольными пазами винтовых лопастей, при этом в каждом вышеуказанном продольном углублении единого полого калибрующего модуля закреплена лобовая режущая пластина с выступанием над наружной поверхностью передней по оси части единого полого калибрующего модуля перед винтовыми лопастями, а также с выступанием над лобовой поверхностью винтовой лопасти единого полого калибрующего модуля, повышает ресурс и надежность, снижает стоимость бурильных работ за счет снижения циклических ударных нагрузок и вибраций, снижения напряжений в соединениях компоновки низа бурильной колонны, предотвращения сколов первого ряда режущих пластин при заходе в прорезанное окно калибрующего фрезера-райбера, уменьшения вероятности образования пробок стружки между зубьями фрез, образующих профиль вырезаемого окна, уменьшения истирающего действия стружкой режущих пластин на фрезах, обеспечения равномерного износа режущих пластин, образования равномерной стружки по количеству и размерам при вырезке окна в обсадной колонне скважины.
Такое выполнение фрезерного инструмента также упрощает конструкцию и снижает ее стоимость за счет того, что режущие пластины, закрепленные в проходном и калибрующем фрезерах-райберах, при соединении корпуса зарезного и проходного фрезеров-райберов при помощи резьбы с единым полым калибрующим модулем располагаются оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси полого вала за счет определенный толщины (или подрезки торцов) одного регулировочного кольца.
Выполнение фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины таким образом, что каждая лобовая режущая пластина, закрепленная в продольном углублении передней по оси части единого полого калибрующего модуля перед винтовой лопастью, контактирует с дном продольного углубления, уменьшает циклические ударные нагрузки и напряжения в режущих пластинах в момент захода калибрующего фрезера-райбера в прорезанное проходным фрезером-райбером окно в стенке обсадной трубы, обеспечивает равномерный износ лобовых режущих пластин и равномерную стружку по количеству и размерам в винтовых каналах калибрующего фрезера-райбера, предотвращает сколы лобовых режущих пластин, уменьшает вероятность образования пробок стружки между зубьями фрез, уменьшает истирающее действие стружкой режущих пластин, снижает напряжения в соединениях компоновки низа бурильной колонны, уменьшает склонность фрезерной компоновки низа бурильной колонны к уводу "влево" (хорошее сцепление цемента или твердый пласт) и "вправо" (плохое сцепление цемента или мягкий пласт).
Выполнение фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины таким образом, что поперечные стружколомающие канавки, выполненные в винтовых лопастях проходного фрезера-райбера с закрепленными в них режущими пластинами, расположены в одной поперечной плоскости, при этом минимальная ширина каждой поперечной стружколомающей канавки равна ширине винтовой лопасти, снижает вероятность образования пробок стружки и шлама, обеспечивает режущее, а не истирающее действие фрезера-райбера и оптимальный размер стружки по количеству и размерам.
Выполнение фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины таким образом, что поперечные стружколомающие канавки, выполненные в винтовых лопастях калибрующего фрезера-райбера с закрепленными в них режущими пластинами, расположены в одной поперечной плоскости, при этом минимальная ширина каждой поперечной стружколомающей канавки равна ширине винтовой лопасти, обеспечивает режущее, а не истирающее действие фрезера-райбера и оптимальный размер стружки по количеству и размерам.
Ниже представлен лучший вариант фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне из труб диаметром 146 мм по ГОСТ 632-80 и API Spec 5 СТ, толщина стенки трубы от 6,5 до 10,7 мм.
На фиг.1 показан общий вид фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины, содержащего отклоняющее клиновое устройство с узлом подвески.
На фиг.2 показан разрез А-А на фиг.1 поперек отклоняющей части клинового устройства и скрепленного с ним радиально-упорного элемента для установки с эксцентриситетом зарезного фрезера-райбера.
На фиг.3 показана аксонометрическая проекция фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины, содержащего зарезной, проходной и калибрующий фрезеры-райберы с закрепленными в них режущими пластинами.
На фиг.4 показан продольный разрез фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины, содержащего зарезной, проходной и калибрующий фрезеры-райберы с закрепленными в них режущими пластинами.
На фиг.5 показан разрез Б-Б на фиг.4 поперек калибрующего фрезера-райбера.
На фиг.6 показан разрез В-В на фиг.4 поперек лобовых режущих пластин, закрепленных в продольных углублениях передней по оси части калибрующего модуля перед винтовыми лопастями.
На фиг.7 показан разрез Г-Г на фиг.4 поперек проходного фрезера-райбера, выполненного в едином полом корпусе с зарезным фрезером-райбером.
На фиг.8 показан вид Д на фиг.4 на пазы на торце единого полого корпуса зарезного и проходного фрезеров-райберов,1 предназначенные для установки и закрепления в них технологических режущих модулей для зарезного фрезера-райбера (технологические режущие модули не показаны).
На фиг.9 показан один из технологических режущих модулей для зарезного фрезера-райбера.
На фиг.10 показан элемент I на фиг.4 лобовой режущей пластины, закрепленной в продольном углублении с выступанием над наружной поверхностью передней по оси части единого полого калибрующего модуля перед винтовыми лопастями, а также с выступанием над лобовой поверхностью винтовой лопасти.
Фрезерный инструмент для вырезки окна в обсадной колонне скважины содержит зарезной фрезер-райбер 1, проходной фрезер-райбер 2 и калибрующий фрезер-райбер 3 с закрепленными в них режущими круглыми пластинами 4 (В35-12114-150400 ГОСТ 19071-80) и режущими квадратными пластинами 5 (Н30-03114-150412 ГОСТ 19052-80) из твердого сплава типа ВК-12, показано на фиг.1, 2, 3, 4.
Зарезной фрезер-райбер 1 и проходной фрезер-райбер 2 выполнены в виде единого полого корпуса 6, калибрующий фрезер-райбер 3 жестко закреплен на полом валу 7, единый полый корпус 6 с зарезным фрезером-райбером 1 и проходным фрезером-райбером 2 и полый вал 7 с калибрующим фрезером-райбером 3 жестко скреплены между: собой при помощи резьбы 8, центрирующего пояса 9, упорного торца 10 единого полого корпуса 6 и упорного торца 11 полого вала 7, показано на фиг.4.
Режущие пластины 4, 5, закрепленные в зарезном фрезере-райбере 1 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, расположены концентрично относительно центральной продольной оси 12 полого вала 7, при этом соосность центральной продольной оси 13 единого полого корпуса 6, предназначенного для зарезного фрезера-райбера 1 и проходного фрезера-райбера 2, относительно центральной продольной оси 12 полого вала 7 обеспечивается за счет точности расположения и плотной посадки центрирующего пояса 9 полого вала 7 в едином полом корпусе 6, показано на фиг.4.
Режущие пластины 4, а также режущие пластины 5, закрепленные в проходном фрезере-райбере 2 и калибрующем фрезере-райбере 3 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, расположены с одинаковым эксцентриситетом 14, и соответственно, 15 и оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси 12 полого вала 7, показано на фиг.5, 6, 7.
Калибрующий фрезер-райбер 3 выполнен с винтовыми каналами 16, единый полый корпус 6 зарезного фрезера-райбера 1 и проходного фрезера-райбера 2 выполнен с винтовыми каналами 17 для проходного фрезера-райбера 2, режущие пластины 4, 5, закрепленные в проходном фрезере-райбере 2 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, а также режущие пластины 4, 5, закрепленные в калибрующем фрезере-райбере 3 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, расположены вдоль (параллельно) центральной продольной оси 12 полого вала 7 и закреплены, например, припоем Л63 в продольных пазах 18 и соответственно 19 винтовых лопастей 20 и соответственно 21, образованных вышеуказанными винтовыми каналами 17 и соответственно 16, показано на фиг.5, 6, 7.
Винтовые лопасти 20 проходного фрезера-райбера 2 с закрепленными в них режущими пластинами 4, 5, а также винтовые лопасти 21 калибрующего фрезера-райбера 3 с закрепленными в них режущими пластинами 4, 5, выполнены каждая с поперечной стружколомающей канавкой, соответственно 22 и 23, показано на фиг.1, 4, 5, 6, 7.
Фрезерный инструмент для вырезки окна в обсадной колонне 24 скважины содержит также отклоняющее клиновое устройство 25 с узлом его подвески на срезных болтах 26, при этом в едином полом корпусе бив полом валу 7 выполнены каналы 27 и соответственно 28 для промывочной жидкости 29 (бурового раствора), показано на фиг.1, 2, 4.
Кроме того, отклоняющее клиновое устройство 25 содержит скрепленный с ней при помощи сварки радиально-упорный элемент 30 для установки с эксцентриситетом 31 зарезного фрезера-райбера 1 относительно центральной продольной оси 32 отклоняющего клинового устройства 25 в плоскости симметрии 33 наклонной поверхности в виде желоба 34, выполненной в отклоняющей части отклоняющего клинового устройства 25, при этом поз.35 - переводник для соединения фрезерного инструмента с колонной бурильных труб, показано на фиг.1, 2.
Калибрующий фрезер-райбер 3 с винтовыми лопастями 21 и полый вал 7 выполнены в виде единого полого калибрующего модуля 36 с винтовыми лопастями 21 и режущими пластинами 4, 5, закрепленными в продольных пазах 19 винтовых лопастей 21, в передней по оси 12 части 37 (цилиндрического утолщения) единого полого калибрующего модуля 36 перед винтовыми лопастями 21 выполнены продольные углубления 38, совпадающие в окружном положении с продольными пазами 19 винтовых лопастей 21, при этом в каждом вышеуказанном продольном углублении 38 единого полого калибрующего модуля 36 закреплена лобовая режущая круглая пластина 39 (В35-12114-150400 ГОСТ 19071-80) с выступанием 40 над наружной поверхностью 41 передней по оси 12 части 37 единого полого калибрующего модуля 36 перед винтовыми лопастями 21, а также с выступанием 42 над лобовой поверхностью 43 винтовой лопасти 21 единого полого калибрующего модуля 36, показано на фиг.3, 4, 5, 6, 10.
Каждая лобовая режущая круглая пластина 39, закрепленная в продольном углублении 38 передней по оси 12 части 37 единого полого калибрующего модуля 36 перед винтовой лопастью 21, контактирует с дном 44 продольного углубления 38, показано на фиг.4, 10.
Поперечные стружколомающие канавки 22, выполненные в винтовых лопастях 20 проходного фрезера-райбера 2;с закрепленными в них режущими пластинами 4, 5, расположены в одной поперечной плоскости 45, в средней части винтовых линий винтовых лопастей 20; при этом минимальная ширина 46 каждой поперечной стружколомающей канавки 22 равна ширине 47 винтовой лопасти 20, показано на фиг.1, 4, 7.
Поперечные стружколомающие канавки 23, выполненные в винтовых лопастях 21 калибрующего фрезера-райбера 3 с закрепленными в них режущими пластинами 4, 5, расположены в одной поперечной плоскости 48 в средней части винтовых линий винтовых лопастей 21, при этом минимальная ширина 49 каждой поперечной стружколомающей канавки 23 равна ширине 50 винтовой лопасти 21, показано на фиг.1, 4, 5, 6.
Наружные и лобовые поверхности винтовых лопастей 20, 21 скреплены с наплавочными стрежнями 51 и, соответственно, 52, выполненными из дробленой крошки твердого сплава типа ВК-12 в связке на основе меди и никеля (Slimmcutt 1/16" 250gm 60/40Flux Coated), показано на фиг.1, 4, 5, 6, 7.
При этом поз.53 - кольцо для регулировки эксцентриситета 14 и, соответственно, 15 оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси 12 единого полого калибрующего модуля 36 (полого вала 7) режущих пластин 4, 5, закрепленных в проходном фрезере-райбере 2 и калибрующем фрезере-райбере 3, показано на фиг.4, 5, 6, 7.
Режущие пластины 4 в зарезном фрезере-райбере 1 скреплены с металлическими Г-образными планками 54 и образуют технологические режущие модули 55, закрепленные в пазах 56 для зарезного фрезера-райбера 1 в едином полом корпусе 6 зарезного 1 и проходного 2 фрезеров-райберов методом пайки, например, припоем из латуни Л63, показано на фиг.2, 4, 8, 9.
Пазы 56 на лобовом торце 57 единого полого корпуса 6 зарезного 1 и проходного 2 фрезеров-райберов выполнены тупиковыми в направлении к оси вращения 13 единого полого корпуса 6 и расположены параллельно радиусам 58 от оси вращения 13 единого полого корпуса 6, лобовой торец 57 в центральной части вращения единого полого корпуса 6 выполнен сплошным, а на лобовом торце 57 единого полого корпуса 6 между режущими пластинами 4 смежной пары технологических режущих модулей 55 выполнен центральный канал 59 для выхода промывочной жидкости 29, смещенный от оси вращения 13 единого полого корпуса 6, при этом поз.60 - наклонные каналы для выхода промывочной жидкости 29, расположенные между режущими пластинами 4 смежных пар технологических режущих модулей 55, показано на фиг.2, 4, 8.
Свинчивают в стенде (гидравлическом ключе) единый полый корпус 6 зарезного фрезера-райбера 1 и проходного фрезера-райбера 2 с единым полым калибрующим модулем 36 калибрующего фрезера-райбера 3 при помощи резьбового соединения 8 с заданным моментом затяжки, обеспечивают плотный контакт торца 11 единого полого калибрующего' модуля 36 и торца 10 единого полого корпуса 6 с регулировочным кольцом. 53, при этом режущие круглые пластины 4 (В35-12114-150400 ГОСТ 19071-80) и режущие квадратные пластины 5 (Н30-03114-150412 ГОСТ 19052-80) из твердого сплава, закрепленные в проходном фрезере-райбере 2 единого полого корпуса 6 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, а также режущие квадратные пластины 5 (Н30-03114-150412 ГОСТ 19052-80) из твердого сплава, закрепленные в калибрующем фрезере-райбере 3 единого полого калибрующего модуля 36 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, располагаются оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси 12 единого полого калибрующего модуля 36 за счет определенный толщины (или подрезки торцов) регулировочного кольца 53.
Фрезерный инструмент и устройство для вырезки окна в обсадной колонне скважины используют следующим образом. Собранное, как показано на фиг.1, отклоняющее устройство 25 для вырезки окна в обсадной колонне 24 скважины, подвешенное на двух срезных винтах 26 на фрезерном инструменте в составе колонны бурильных труб с переводником 35, спускают в скважину в заданный интервал вырезки бокового окна в обсадной колонне 24.
При спуске устройства для вырезки окна в обсадной колонне 24 скважины производят промывку буровым раствором 29 скважины от нефтепарафиновых отложений. Для промывки включают насос буровой установки на ограниченную производительность. При промывке скважины во время спуска поток бурового раствора 29 из колонны бурильных труб 35 в скважину проходит под давлением через внутреннюю полость 28 единого полого калибрующего модуля 36, через внутреннюю полость 27 единого полого корпуса 6 и выходит через отверстия 59, 60 на лобовом торце 57, показано на фиг.1, 2, 4,
После спуска на определенную глубину скважины отклоняющее клиновое устройство 25, содержащее радиально-упорный элемент 30 для установки с эксцентриситетом 31 единого полого корпуса 6 с зарезным фрезером-райбером 1 относительно центральной продольной оси 32 отклоняющего клинового устройства 25 в плоскости симметрии 33 наклонной поверхности 34 в виде желоба, выполненной в отклоняющей части отклоняющего клинового устройства 25, в составе колонны бурильных труб с переводником 35, ориентируют по азимуту расположением наклонной поверхности 34 в виде желоба в отклоняющем клине 25 при помощи телеметрической системы с гидравлическим каналом связи.
После ориентирования компоновки низа бурильной колонны осуществляют гидравлическое крепление отклоняющего клина 25 отклоняющего устройства и фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины за счет перепада давления бурового раствора с заданным расходом в сопловом жиклере с центральным каналом в узле отклоняющего клина 25.
Далее нагрузку вниз на компоновку колонны бурильных труб увеличивают для срезания болтов 26, скрепляющих единый полый корпус 6 с зарезным фрезером-райбером 1 с упорным элементом 30 для установки с эксцентриситетом 31 зарезного фрезера-райбера 1 относительно центральной продольной оси 32 отклоняющей части отклоняющего клинового устройства 25 в плоскости симметрии 33 наклонной поверхности 34 в виде желоба, выполненной в отклоняющей части отклоняющего клинового устройства 25.
Производят плавное вращение компоновки колонны бурильных труб, содержащей фрезерный инструмент для вырезки окна в обсадной колонне скважины, с подачей под давлением промывочной жидкости 29. После выхода на заданную частоту вращения плавно прикладывают осевую нагрузку на фрезерный инструмент и производят вырезку окна в обсадной колонне скважины за один рейс бурильного инструмента.
Выполнение фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины таким образом, что калибрующий фрезер-райбер 3 с винтовыми лопастями 21 и полый вал 7 выполнены в виде единого полого калибрующего модуля 36 с винтовыми лопастями 21 и режущими пластинами 4, 5, закрепленными в продольных пазах 19 винтовых лопастей 21, в передней по оси 12 части 37 единого полого калибрующего модуля 36 перед винтовыми лопастями 21 выполнены продольные углубления 38, совпадающие в окружном положении с продольными пазами 19 винтовых лопастей 21, при этом в каждом вышеуказанном продольном углублении 38 единого полого калибрующего модуля 36 закреплена лобовая режущая круглая пластина 39 с выступанием 40 над наружной поверхностью 41 передней по оси 12 части 37 единого полого калибрующего модуля 36 перед винтовыми лопастями 21, а также с выступанием 42 над лобовой поверхностью 43 винтовой лопасти 21 единого полого калибрующего модуля 36, повышает ресурс и надежность, снижает стоимость бурильных работ при вырезке окна в обсадной колонне скважины за счет снижения циклических ударных нагрузок и вибраций, снижения напряжений в соединениях компоновки низа бурильной колонны, предотвращения сколов первого1 ряда режущих пластин при заходе в прорезанное окно калибрующего фрезера-райбера, уменьшения вероятности образования пробок стружки между зубьями фрез, образующих профиль вырезаемого окна, уменьшения истирающего действия стружкой режущих пластин, обеспечения равномерного износа режущих пластин и образования равномерной стружки по количеству и размерам.