КЛИНОВОЙ ОТКЛОНИТЕЛЬ
WEDGE DEFLECTOR

Изобретение относится к технике бурения, в частности к устройству для прорезания "окна" в обсадной колонне. Оно может быть использовано при бурении нефтяных и газовых скважин, для изменения траектории ствола скважины при аварийных работах или бурении дополнительных стволов в скважине.
Известно устройство для прорезания «окна» в обсадной колонне, включающая 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 трубки высокого давления. Узел опоры снабжен наклонными поверхностями, сужающимися сверху вниз к оси отклонителя и взаимодействующими с плашками, элемент узла опоры выполнен в виде сплошного поршня, удерживаемого в корпусе узла опоры в первоначальном положении срезной шпилькой, при этом наклонные поверхности элемента узла опоры выполнены в виде выступов, соответствующих пазам плашек, а в нижней части клина расположена полость, которая выполнена замкнутой и связана со трубкой высокого давления посредством бокового отверстия в направляющем клине, а корпус узла опоры дополнительно имеет радиальное отверстие для обеспечения сброса давления жидкости в камере, образованной при перемещении сплошного поршня относительно клина, что служит показателем закрепления клинового отклонителя на требуемом уровне в скважине, причем радиальное отверстие расположено от верхнего торца поршня вниз на расстоянии S, зависящем от хода плашки в поперечном относительно оси отклонителя направлении h и угла наклона выступа на поверхности поршня α, определяемом по формуле S=h/tgα. (патент РФ №2166058, МПК Е21В 7/08, опубл. 27.04.2001, бюл. №9).
Недостатками данного устройства является то, что якорь имеет только две плашки, верхнюю и нижнюю, которые расположенные оппозитно в одной плоскости, что может привести к нарушению устойчивости клина в апсидальной плоскости при боковых нагрузках, также сплошной поршень, предназначенный для выдвижения плашек, который сложен в изготовлении и имеет большой вес: чем больше расстояние между плашками, тем больше вес этого поршня, помимо этого, местонахождение радиального отверстия, которое предназначено для сброса давления, требует точного расчета, что говорит от том, что при незначительном изменении диаметра скважины, якорь может не сработать.
Также известен гидравлический отклонитель, который содержит клин-отклонитель с наклонной рабочей поверхностью, выполненной в виде желоба, и узел опоры, включающий цилиндрический полый корпус с окнами для плашек, расположенный в упомянутом полом корпусе распорный элемент с наклонными поверхностями, на которых с возможностью перемещения размещены плашки, имеющие на лицевой поверхности зубья, а с тыльной стороны - паз, соответствующий Т-образному выступу на наклонной поверхности распорного элемента, гидравлическую камеру и гибкий шланг высокого давления для подачи жидкости в гидравлическую камеру. Гидравлический отклонитель снабжен размещенными между клином-отклонителем и цилиндрическим полым корпусом узла опоры переходником и пакерами. При этом распорный элемент имеет направляющую часть, выполненную внизу в виде поршня, и переходящую в распорную часть, выполненную в виде правильной трехгранной усеченной суженной книзу пирамиды, ребра которой образованы наклонной поверхностью и имеют выступы под плашки, зубья которых выполнены с наклоном вниз. Плашки радиально размещены в окнах, выполненных в нижней части цилиндрического полого корпуса узла опоры под углом 120° относительно друг друга. При этом, в верхней части корпуса узла опоры выполнена кольцевая расточка и упор, образующие с цилиндрической поверхностью направляющей части распорного элемента гидравлическую камеру. Камера связана с гибким шлангом посредством выполненных соответственно в переходнике и в направляющей части распорного элемента полостей, последняя из которых связана с гидравлической камерой через распределитель. Распределитель выполнен в направляющей части в виде трех сквозных, под углом 120° относительно друг друга отверстий. Корпус узла опоры установлен с возможностью перемещения вдоль направляющей части распорного элемента, с одновременным изменением объема гидравлической камеры. На торце цилиндрического полого корпуса узла опоры одета заглушка, закрепленная резьбовым соединением с распорной частью распорного элемента. Между внутренней поверхностью полого цилиндрического корпуса узла опоры и внешней поверхностью распорного элемента установлены уплотнители, (патент РФ №2311522, МПК Е21В 7/08, опубл. 27.11.2007, бюл. №33).
Недостатками данного устройства, являются сложность изготовления направляюще-распорного элемента, который размещен в вертикальной составляющей Т-образной формы направляющей части элемента, а также использования давления бурового раствора для удержания корпуса в верхнем положении, при котором клин-отклонитель фиксируется плашками, т.к. в процессе работы фреза возникают большие вибрации, это может нарушить герметичность камеры, в результате чего произойдет падение клина на забой.
В качестве прототипа выбрано устройство, наиболее близкое по технической сущности и положительному эффекту к предлагаемому изобретению. (Заявка: 95108126/03, 18.05.1996 Дата публикации заявки: 20.04.1997)
Забойное отклоняющее устройство предназначено для зарезки и бурения дополнительных стволов скважин и включает клин-отклонитель и якорь для закрепления устройства в стволе скважины. Якорь состоит из корпуса с гнездами для размещения подпружиненных сухарей и толкателя, имеющего наружную коническую поверхность для взаимодействия с подпружиненными сухарями, представляющего собой двухсекционный усеченный конус с фиксирующими проточками под сухари в верхней части конусов. Корпус якоря жестко соединен пазовым, например шлицевым соединением посредством срезных штифтов с клином-отклонителем и представляет собой полый цилиндр с гнездами под сухари и дренажными отверстиями. Толкатель жестко связан, например, посредством резьбы, с клином-отклонителем и после срезания штифтов может двигаться поступательно в корпусе якоря. При движении толкателя вниз наружная коническая поверхность его контактирует с подпружиненными сухарями и выдвигает их из гнезд до контакта и внедрения в стенки скважины или эксплуатационной колонны. После попадания сухарей в фиксирующие проточки происходит надежное закрепление якоря, а соответственно и всего устройства.
Существенным недостаткам данного устройства является невозможность гарантированного прижатия клина к стенке скважины, что может привести к его отходу от стенки и невозможности дальнейшего проведения работ из-за не прохождения компоновки для бурения.
Техническая задача решается клиновым отклонителем, включающим направляющий клин с рабочей поверхностью, пазом, размещенным с противоположной стороны рабочей поверхности для размещения шланга высокого давления и камерой, полость которой расположена в корпусе жестко соединенного с нижней частью клина, которая сообщается со шлангом высокого давления. Новым является то, что корпус выполнен в виде цилиндра с прорезанными в нем лепестками в верхней и нижней частях, на концах которых расположены плашки диаметром, равным внутреннему диаметру обсадной колонны, в верхней части плашка, расположенная на стороне рабочей поверхности клина, имеет толщину больше, чем остальные плашки в этой части, а в нижней части, плашка, расположенная на стороне, противоположной рабочей поверхности клина, имеет толщину больше, чем остальные элементы в этой части. В цилиндрическом корпусе, на направляющей трубке, соединенной со шлангом высокого давления, оппозитно по отношению друг к другу расположены поршни в виде усеченных конусов, которые свободно перемещаются по направляющей трубке и торцы которых образуют камеру высокого давления, а направляющая трубка, в зоне камеры высокого давления, содержит отверстия.
На фиг. 1 показан клиновой отклонитель в транспортном положении с частичным продольным разрезом; на фиг. 2 - сечение А-А в верхней части якоря фиг. 1, на фиг. 3 - сечение Б-Б в нижней части якоря фиг. 1. На фиг. 4 показан клиновой отклонитель в скважине с частичным продольным разрезом в рабочем положении; на фиг. 5 - сечение А-А в верхней части якоря фиг. 4, на фиг. 6 - сечение Б-Б в нижней части якоря фиг. 4.
Клиновой отклонитель содержит фрез 1, закрепленный с направляющим клином 2 посредством срезного штифта 15 (фиг. 1), направляющий клин с рабочей поверхностью 2, шланг высокого давления 3, соединенный с фрезом и проходящий через паз 6, расположенный на стороне, противоположной рабочей поверхности клина 2. Шланг высокого давления 3 соединяется с каналом 5, выполненным в корпусе ловителя 4. Корпус ловителя 4 жестко соединен с клином 2 и цилиндрическим корпусом якоря 16, в котором в верхней и нижней частях вырезаны лепестки, на которые наварены плашки 7 и 12, причем наружный диметр плашек одинаков, но толщина плашек 12, больше, чем плашек 7. Канал в корпусе ловителя 5 соединяется с направляющей трубкой 8, на конце которой находится заглушка-ловитель 13. На направляющей трубке 8 установлены конусные поршни 9, расположенные оппозитно и торцы которых образуют камеру давления 10. В районе зоны камеры давления 10, в направляющей трубке 8 выполнены отверстия 11.
Клиновой отклонитель работает следующим образом.
Фрез 1 клинового отклонителя, присоединяется к бурильным трубам (не показаны) и спускается в зону, где необходимо произвести забуривание бокового ствола из ранее пробуренной скважины. Во время спуска, компоновка находится в транспортном положении, т.е. лепестки, с наваренными на них плашками 7 и 12, загнуты вовнутрь цилиндрического корпуса якоря 16, конусные поршни 9 расположены на минимальном расстоянии друг от друга, давления в камере давления 10, бурильных трубах и затрубного пространства выровнены посредством перепускного клапана (не показан).
При достижении зоны, где надо вырезать «окно», производится ориентирование компоновки и, в бурильные трубы подается буровой раствор. В камере давления 10 создается высокое давление и конусные поршни 9 начинают движение, раздвигая лепестки с плашками 7 и 12. В крайних положениях, верхний конусный поршень 9 закрепляется в ловителе 4, а нижний конусный поршень 9, закрепляется в заглушке-ловителе 13. Плашки 7 и 12 прочно зацепляются за металл обсадной колонны 14. Из-за того, что толщина плашек 12 больше, чем плашек 7 и плашки 12 расположены на противоположных сторонах корпуса якоря 16, создается дополнительное усилие, прижимающее клин к стенке скважины 14. Далее, созданием нагрузки на срезной штифт 15, производится освобождение фреза 1, который перемещается по рабочей поверхности клина 2 вниз и фрезерует стенку обсадной колонны 14.
Именно такое исполнение клина-отклонителя позволяет увеличить надежность его работы, снизить вес оборудования и стоимость его производства.