ФРЕЗЕРНЫЙ ИНСТРУМЕНТ

Полезная модель относится к буровой технике, в частности к режущему инструменту, применяемому в комплекте с клином-отклонителем и может быть использована для вскрытия «окна» в обсадной колонне и забуривания в скважину нового ствола.
Известен фрезерный инструмент (Пустовойтенко И.П. Предупреждение и ликвидация аварий в бурении. М.: Недра, 1988, с.208, 209.), предназначенный для вскрытия «окна» в обсадной колонне при помощи клина-отклонителя. Инструмент - фрезер-райбер изготовлен комплектно по три (№1, 2 и 3) райбера, которые отличаются друг от друга габаритными размерами и диаметром, последовательно увеличивающимся от №1 к №3. Вначале «окно» прорезается наименьшим фрезером №1, а затем последующими спусками фрезеров №2 и 3 оно расширяется. Инструмент выполнен конусным с равномерным расширением к верху. Боковые поверхности инструмента имеют рабочие поверхности, на которые наплавлен твердый сплав. Рабочими являются только боконЫе поверхности инструмента.
Недостатками известного фрезерного инструмента являются то, что инструмент работает комплектно, состоит из нескольких фрез, которые приходится приводить в действие, поочередно погружая их в скважину, а затем, поднимая на поверхность, что усложняет процесс эксплуатации, снижает производительность инструмента в целом; фрезерный инструмент металлоемок; инструмент не рассчитан на функцию спускового для установки клина-отклонгтеля в скважине, следовательно, необходимо применение стартовой фрезы; в фрезах №2 и 3 не предусмотрены промывочные отверстия, поэтому фрезы рассчитаны на работу, связанную с кратковременным действием на стенки сбсадной трубы, следовательно, для резания породы и забуривания в скважину нового бурового ствола инструмент не рассчитан.
Известен фрезерный инструмент (Пустовойтенко И.П. Предупреждение и ликвидация аварий в бурении. М.: Недра, 1988, с.213, 214.), 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.
Недостатками известного фрезерного инструмента являются:
металлоемкость, инструмент состоит из двух фрезеров, каждый из которых ограничен функционально, т.к. фрезер-райбер после спуска без юшна-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, он ограничен действием по прорезанию «окна» и не рассчитан на забуривание в скважичу нового ствола;
фрезы выполнены без промывочной системы отверстий, следовательно, режущие пластинки, наплавленные на фрезу-райбер, подвергаются ускоренному разрушению, ухудшая процесс резания, фреза-долото выполняет больше истирающую функцию резания.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому устройству является фрезерный инструмент - фреза стартово-оконная-Т (ФСО-Т) (каталог продукции общества с ограниченной ответственностью «Бит-техника». «Оборудование для зарезки дополнительных стволов», 2009 г., с.26, 27). Инструмент имеет полый корпус цилиндрической формы, в котором выполнен промывочный канал вдоль оси фрезы и промывочные отверстия в боковой части, торцевые и лопастные боковые рабочие поверхности, покрытые износоустойчивым режуще-истирающим покрытием из карбида вольфрама и усиленные твердосплавными пластинами Нижняя часть фрезы имеет цилиндрическую форму с плоским торцом с одной стороны и имеющим форму усеченного конуса переходом в верхнюю цилиндрическую часть большего диаметра с другой стороны. Цилиндрические части выполнены в виде спиральных лопастей. Фрезер крепится к верхнему концу куина-отклонителя срезным болтом, который ввинчивается в резьбовое отверстие, выполненное в корпусе фрезы. Фреза также служит для спуска и установки клина-отклонителя. Недостатки прототипа следующие:
- из-за плоского торца при зарезке окна возможно возникновение подклинок, так как одновременно начинают зарезаться боковая поверхность и торцевая, что создает повышенный момент сопротивления, котором предается на буровую колонну; при бурении направления - «кармана» 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, что практически невозможно выполнить при ремонте на скважине.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое устройство заключается в улучшении эксплуатационных характеристик и упрощении восстановительных работ фрезерного инструмента.
Поставленная задача решается с помощью фрезерного инструмента, служащего для прорезания окна в обсадной колонне буровой скважины, включающего полый корпус, в котором выполнен промывочный канал вдоль оси фрезы и промывочные отверстия в боковой части, торцевые и боковые лопастные рабочие поверхности, покрытые износоустойчивым режуще-истирающим покрытием, при этом нижняя торцевая часть выполнена в виде конуса с промывочными отверстиями и каналами, делящими торец на сектора, нижняя коническая торцевая часть переходит в коническую среднюю часть с меньшей конусностью, а верхняя часть корпуса фрезы имеет цилиндрическую форму со спиральными лопастями.
Фрезер крепится на клин-отклонитель с помощью отверстия под срезной винт.
Благодаря конусной боковой поверхности с оптимальным углом происходит плавное врезание фрезера в обсадную колонну без скачков крутящего момента. В отличие от прототипа значительно улучшены охлаждение и счистка торцевой части за счет наличия промывочных отверстий, каналов и конусности, и торцевая поверхность более эффективно разбуривает породу после вырезания окна. Спиральные лопасти на верхней цилиндрической части способствуют равномерному движению фрезы по клин-отклонителю и препятствуют заклиниванию инструмента при заходе в окно. Фрезер так же является спускным и установочным устройством для клина отклонителя. Благодаря цельнофрезерованным лопастям корпуса, и отсутствию армирования твердосплавными пластинами, фрезерный инструмент легко подлежит восстановлению путем наплавки на эти лопасти элементов износоустойчивого режуще-истирающего материала.
Инструмент значительно проще в изготовлении, эксплуатации и восстановлении, так как из-за того; что корпус фрезы имеет цельнофрезерованные лопасти, упрощается технология формообразования наплавки слоев режуще-истирающего покрытия; упрощается эксплуатация из-за способности фрезы быть спусковой, стартовой, прорезать «окно» и произвести далее забуривание бокового ствола в скважине.
Таким образом, обеспечивается решение задачи, на выполнение которой направлено заявляемое техническое устройство, а именно, улучшаются эксплуатационные характеристики и упрощаются восстановительные работы фрезерного инструмента.
Лопасти на средней боковой конусной поверхности инструмента могут быть прямыми и/или спиральными в зависимости от условий работы инструмента в скважине.
В качестве износоустойчивого режуще-истирающего материала могут быть использованы частицы карбида вольфрама.
Количество лопастей определяется геометрическими размерами и условиями работы, и должно обеспечивать максимальную эффективность процесса вскрытия «окна» в обсадной колонне и забуривания в скважину нового ствола.
Сущность технического решения поясняется чертежами.
На фиг.1а - изображен аксонометрический вид корпуса фрезы с прямыми лопастями на средней боковой конусной поверхности.
На фиг.1б - изображен аксонометрический вид корпуса фрезы со спиральными лопастями на средней боковой конусной поверхности.
На фиг.2 - показана схематично компоновка устройства.
На фиг.1а фреза состоит из полого корпуса 1 с хвостовиком и резьбой и промывочного канала выполненного вдоль оси фрезы (расположен внутри корпуса фрезы и на рис.1а, 1б не показан). Условно фреза делится на три части: нижняя торцевая часть I в виде конуса, коническая лопастная средняя часть II, верхняя часть III корпуса фрезы цилиндрической формы. Торцевая часть выполнена в виде конуса с углом при вершине, например, 160° и имеет промывочные каналы 4 соединяющие центральные промывочные отверстия 3 с межлопастным пространством и служащие для отвода стружки и выбуренной породы. На нижней конической торцевой части напаяно режуще-истирающее покрытие 7. Коническая средняя часть состоит из цельнофрезерованных лопастей 2, которые соединены с одной стороны с торцевой частью, а с другой переходят в спиральные лопасти верхней цилиндрической части. Лопасти фрезера армированы режуще-истирающим покрытием. Между лопастей находятся боковые промывочные отверстия 5, которые размещены по отношению к промывочным каналам 4, например, в шахматном порядке. Центральные промывочные отверстия 3 и боковые промывочные отверстия 5 сообщаются с промывочным каналом, расположенным вдоль оси фрезы. Между лопастей имеется площадка с отверстием 6 для крепления фрезы к клину-отклонителю.
Устройство работает следующим образом.
Фрезер при помощи срезного винта крепят к клин-отклонителю, затем вся компоновка транспортируется в место вырезки окна. После ориентирования и установки клина-отклонителя происходит срезка срезного винта. Затем начинается фрезерование колонны. По мере движения фрезера по клину происходит врезание сначала конусной части фрезера затем торцевой. Благодаря оптимальному углу конуса фрезера происходит плавная зарезка. За счет наличия промывочных каналов происходит охлаждение режущих частей фрезера и отвод продуктов резанья.