ФРЕЗА ДЛЯ КАЛИБРОВКИ ОКНА В ОБСАДНОЙ КОЛОННЕ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может использоваться при бурении, в качестве режущего инструмента для калибровки вырезанного в обсадной колонне окна.
Известен фрезерный инструмент для вырезки окна в обсадной колонне скважины по патенту на изобретение №2399747. Изобретение относится к буровой технике, а именно к инструментам для вырезки окон в обсадных колоннах. Устройство содержит зарезной, проходной и калибрующий фрезеры-райберы с закрепленными в них режущими пластинами. Зарезной и проходной фрезеры-райберы выполнены в виде единого полого корпуса, а зарезной, проходной и калибрующий фрезеры-райберы жестко закреплены на едином полом валу. Центрирующий пояс единого полого вала для установки и закрепления калибрующего фрезера-райбера выполнен с эксцентриситетом относительно центральной продольной оси единого вала. Режущие пластины, закрепленные в проходном фрезере-райбере, расположены с эксцентриситетом относительно режущих пластин, закрепленных в зарезном фрезере-райбере. Режущие пластины, закрепленные в зарезном фрезере-райбере, расположены концентрично относительно центральной продольной оси единого вала. Режущие пластины, закрепленные в проходном и в калибрующем фрезере-райбере, расположены с одинаковым эксцентриситетом и оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси единого 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. Режущие пластины, закрепленные в проходном и в калибрующем фрезере-райбере, расположены вдоль центральной продольной оси единого полого вала и закреплены в продольных пазах винтовых лопастей. Недостатками фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне являются сложность конструкции и низкая надежность.
Известен отклонитель по патенту на изобретение №2281371 Изобретение относится к буровой технике, используемой клин-отклонитель. Оно может быть использовано для зарезки бокового ствола как в необсаженной, так и обсаженной скважинах, имеющих труднообрабатываемую породу. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы фрезерного инструмента преимущественно при бурении труднообрабатываемых пород, удешевление защитного покрытия, возможность утилизации отходов производства или обработки изделий из твердого и тугоплавкого сплавов. Технический результат достигается тем, что отклонитель, имеющий отклоняющую рабочую поверхность, а также фрезерный инструмент, прикрепленный к его верхнему концу клина-отклонителя, опору, прикрепленную к его нижнему, согласно изобретению отклоняющая рабочая поверхность равномерно покрыта износостойким покрытием, выполненным из композита, состоящего из наполнителя и связующего, в котором в качестве наполнителя использована смесь частиц отходов тугоплавкого сплава, обладающего антифрикционными свойствами, и твердого сплава, а в качестве связующего - клей, обладающий эластичными свойствами. Недостатком отклонителя является отсутствие возможности калибровки окна прорезанного в обсадной колонне.
Известна компоновка инструментов для прорезки бокового окна в обсадной колонне скважины по патенту на изобретение №2370626 Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к технике прорезки боковых «окон» в обсадной колонне скважины для дальнейшего бурения вторых стволов. Компоновка содержит закрепленный на колонне бурильных труб полый фрезер-райбер, подвешенный к нему на срезном элементе клин-отклонитель, снабженный устройством его крепления в обсадной колонне, гидромеханический узел крепления с каналом подачи в него рабочей жидкости, соединенные между собой механический узел крепления, поворотный узел и пустотелый гибкий соединительный элемент. В механическом и гидромеханическом узлах крепления и в поворотном узле выполнены внутренние осевые сквозные каналы. В желобной части клина-отклонителя выполнен соосный сквозной канал, в который заведен сквозной трубопровод для обеспечения гидравлического сообщения полости колонны бурильных труб с внутренним пространством обсадной колонны скважины через гидравлическую насадку. Повышаются технологические возможности при осуществлении прорезки окон. Недостатками компоновки инструментов для прорезки бокового окна в обсадной колонне скважины являются сложность конструкции и низкая надежность.
Известен фрезер-райбер для прорезки бокового окна в обсадной колонне скважины по патенту на изобретение №2394977 Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к прорезке боковых «окон» в обсадной колонне для бурения вторых стволов. Устройство содержит полый корпус с осевым сквозным выходным каналом, металлоразрушающие элементы. Корпус выполнен единым под зарезной и проходной фрезеры-райберы. Нар ужный диаметр зарезного фрезера выполнен меньшим, чем у проходного. Нижняя часть зарезного фрезера выполнена снаружи сужающейся к торцу в виде прямого усеченного конуса или эллипсоида. На ней выполнены резьбовые отверстия для крепления клина-отклонителя. Диаметр сквозного канала, выходящего из нижнего торца корпуса зарезного фрезера, выполнен не менее, чем толщина стенки вырезаемой части колонны. На выходе этот канал выполнен в виде обратного усеченного конуса, на поверхности которого нанесены металлоразрушающие элементы. Узел захвата закреплен во втулке, которая с возможностью осевого вращения установлена внутри корпуса над его нижним торцом. Элемент фиксации узла захвата выполнен из упругоэластичного материала с заранее заданными стопорящими свойствами. Это обеспечивает возможность удержания полностью вырезанной металлической ленты при подъеме фрезера из скважины. В теле корпуса зарезного фрезера выполнены наклонные сквозные промывочные каналы с выходом на его наружную поверхность. Между обращенными друг к другу поверхностями втулки узла захвата и корпуса выполнены продольные каналы. В фрезер-райбере не решен вопрос калибровки бокового окна в обсадной колонне.
Известен фрезерный инструмент по патенту на изобретение №2310735. Изобретение относится к буровой технике, в частности к режущему инструменту с использованием клина-отклонителя. Инструмент содержит режущую и направляющую части. Режущая часть выполнена в виде фрезы для прорезания окна в обсадной колонне и включает полый корпус, в котором выполнен промывочный канал вдоль оси и промывочные отверстия в нижней части, боковые и концевые рабочие поверхности, покрытые износоустойчивым режуще-истирающим покрытием. Направляющая часть выполнена в виде клина-отклонителя с наклонной рабочей поверхностью. Корпус фрезы выполнен разъемным из верхней и нижней частей. Нижняя часть имеет торец в форме правильной пирамиды, на ребрах которой закреплены в один или два ряда твердосплавные режущие элементы. На гранях напаян слой режуще-истирающего покрытия. Верхняя часть имеет переменное сечение. Концевая часть верхней части имеет цилиндрическую форму. Над концевой частью корпус имеет форму усеченной пирамиды, на ребрах которой нанесено режуще-истирающее покрытие. Далее вверх корпус выполнен в виде сферического многогранника, грани которого в сечении имеют форму неправильной трапеции. На нижней боковой поверхности граней закреплены в один или два ряда режущие элементы, выше которых нанесено режуще-истирающее покрытие. Верхняя и нижняя часть соединены шлицевым крестообразным соединением и закреплены болтом, установленным в отверстии, выполненном под промывочным каналом в нижней части. 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. Вертикальная часть головки выполнена над горизонтальной частью и имеет диаметр, равный диаметру тела болта. В верхней части выполнены промывочные отверстия. Срезной болт расположен в резьбовом отверстии между концевыми рабочими поверхностями фрезы и в промежуточном элементе в виде втулки. Часть втулки выполнена в виде усеченного конуса с резьбой в нем и выступает над поверхностью клина-отклонителя. Фрезерный инструмент не решает вопрос калибровки бокового окна в обсадной колонне.
Известна фреза по патенту РФ на полезную модель №103564 Фреза с использованием клина-отклонителя, содержащая полый корпус с промывочным каналом вдоль оси фрезы, сквозные промывочные отверстия в режущей части корпуса, выполненные под углом к оси фрезы, верхняя часть корпуса выполнена цилиндрической формы, а боковая - переменного сечения в виде многогранника, грани которого имеют в сечении форму неправильной трапеции, на которой закреплены режущие элементы, боковые и торцевые рабочие режущие поверхности корпуса, покрыты износоустойчивым слоем покрытия, нижняя торцевая поверхность корпуса выполнена с режущими элементами и имеет продольные непрерывные пазы между боковыми рабочими поверхностями, отличающаяся тем, что корпус выполнен неразъемным, сужающимся книзу, режущие боковые поверхности выполнены в виде непрерывно-ступенчатой системы с пологим переходом одной режущей части к другой и с непрерывно нанесенным на эти поверхности слоем износоустойчивого режуще-истирающего покрытия с количеством ступенек не менее двух, режуще-истирающие поверхности боковой и торцевой частей корпуса усилены режущими элементами, жестко закрепленными в продольных пазах, выполненных в ступеньках режущих кромок, образованных в месте перехода от цилиндрической к конической поверхностям, режущие элементы имеют форму плоского сегмента круга или плоской неправильной трапеции, непрерывные продольные пазы между боковыми рабочими поверхностями выполнены под углом 2°±0,2 в горизонтальной и 5°±0,2 в вертикальной плоскостях к оси корпуса. Недостатком фрезы является отсутствие возможности калибровки окна прорезанного в обсадной колонне.
Известна арбузообразная фреза ФА производства ООО "Нефтепромцентр" (прототип) по сайту http://neftepromcentr.ru/freza_arbuzoobraznaja_fa_frez_frezer.htm. Арбузообразная фреза ФА для калибрования окна в обсадной колонне, содержит полый цилиндрический корпус с промывочным каналом вдоль оси на боковой поверхности которого выполнены зубья, покрытые режуще-истирающим покрытием, диаметр корпуса по краям увеличен и выполнен с присоединительными резьбами для соединения с другими элементами буровой колонны. Недостатком фрезы являются осевые усилия, которые возникают при работе обычной фрезы с наклонными боковыми зубьями. Осевые усилия увеличиваются с увеличением угла наклона зуба, что приводит к вибрациям при работе и снижает качество поверхности, что в дальнейшем затрудняет проход за пределы обсадной колонны бурового инструмента.
Задачами создания полезной модели являются: повышение долговечности фрезы, а также улучшение качества фрезеровки и калибровки окна в обсадной колонне.
Решение указанных задач достигнуто за счет того, что фреза для калибровки окна в обсадной колонне, содержит полый цилиндрический корпус с промывочным каналом вдоль оси на боковой поверхности которого выполнены зубья армированные композиционным материалом, диаметр корпуса по краям увеличен и выполнен с присоединительными резьбами для соединения с другими элементами буровой колонны. Центральная часть зуба выполнена параллельной оси, а верхняя и нижняя части зуба выполнены наклонными. Диаметр нижней части зуба в его начале меньше чем диаметр корпуса по краям. Высота нижней части зуба плавно увеличивается в сторону его центральной части. Нижняя часть зуба в его начале выполнена с фаской. Диаметр верхней части зуба в его конце меньше чем диаметр корпуса по краям. Высота верхней части зуба плавно уменьшается в сторону края корпуса. Верхняя часть зуба в его конце выполнена с фаской. Увеличенный диаметр корпуса по краям плавно переходит в корпус. Отношение максимального диаметра зубьев к их длине составляет 0,15…0,30. В качестве армирующего композиционного материала используется колотый вольфрамокобальтовый твердый сплав.
Предложенное техническое решение обладает новизной и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями полезной модели. Новизна технического решения подтверждается проведенными патентными исследованиями. Промышленная применимость обусловлена тем, что при изготовлении фрезы для калибровки окна в обсадной колонне применяются недефицитные материалы и известные технологии.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1…4, где:
на фиг.1 приведена фреза для калибровки окна в обсадной колонне,
на фиг.2 приведен разрез А-А по верхней части зуба в его конце,
на фиг.3 приведен разрез Б-Б по центральной части зуба,
на фиг.4 приведен разрез В-В по нижней части зуба в его начале.
Фреза для калибровки окна в обсадной колонне, состоит из полого цилиндрического корпуса 1 с промывочным каналом 2 вдоль оси на боковой поверхности которого выполнены зубья 3 армированные композиционным материалом 4, диаметр корпуса по краям 5 увеличен и выполнен с присоединительными резьбами 6 для соединения с другими элементами буровой колонны. Центральная часть 7 зуба 3 выполнена параллельной оси, а верхняя 8 и нижняя 9 части зуба 3 выполнены наклонными. Диаметр нижней части 9 зуба 3 в его начале 10 меньше чем диаметр корпуса по краям 5. Высота нижней части 9 зуба 3 плавно увеличивается в сторону его центральной части 7. Нижняя часть 9 зуба 3 в его начале 10 выполнена с фаской 11. Диаметр верхней части зуба 8 в его конце 12 меньше чем диаметр корпуса по краям 5. Высота верхней части 8 зуба 3 плавно уменьшается в сторону края корпуса 5. Верхняя часть 8 зуба 3 в его конце 12 выполнена с фаской 13. Увеличенный диаметр корпуса по краям 5 плавно переходит в корпус 1. Отношение максимального диаметра зубьев 3 к их длине составляет 0,15…0,30. В качестве армирующего композиционного материала 4 используется колотый вольфрамокобальтовый твердый сплав.
Фреза для калибровки окна в обсадной колонне работает следующим образом. Фреза соединяется с буровой колонной и спускается в интервал зарезки окна, после стартовой резы. Перед окном включается промывка. Фреза вращается и одновременно подается вниз. Фаска 11 выполненная в начале 10 нижней части 9 зуба 3 направляет нижнюю часть 9 зуба 3 в окно прорезанное предварительно стартовой фрезой. Высота нижней части зуба 9 плавно увеличивается в сторону его центральной части 7 при этом происходит постепенное расширение окна в обсадной колонне, до необходимого диаметра, который затем калибруется центральной частью 7 зуба 3. Так как центральная часть 7 зуба 3 выполнена параллельной оси не создаются осевые усилия, которые при работе обычной фрезы с наклонными боковыми зубьями вызывают вибрацию и дробление, при этом центральная часть зуба 7 работает как развертка повышая качество поверхности отфрезерованного окна, что в дальнейшем облегчает проход за пределы обсадной колонны бурового инструмента. После выхода фрезы за обсадную колонну выполняют подъем буровой колонны. При этом фаска 13 выполненная в конце 12 верхней части 8 зуба 3 направляет верхнюю часть 8 зуба 3 в окно откалиброванное центральной частью 7 зуба 3, позволяя сохранить откалиброванное окно без повреждений. При отношении максимального диаметра зубьев 3 к их длине больше чем 0,3 за счет уменьшения длинны режущей поверхности зуба снижается эффективность калибровки и надежность фрезы, а при отношении максимального диаметра зубьев 3 к их длине меньше 0,15 значительно увеличивается трудоемкость ее изготовления и стоимость, при этом оптимальное соотношение D/L составляет 0,15…0,30.
Фреза для калибровки может использоваться либо самостоятельно с промывкой через промывочный канал 2, либо в сочетании со второй калибрующей фрезой и стартовой фрезой, с промывкой через промывочные отверстия стартовой фрезы.
Применение полезной модели позволило:
1. Обеспечить калибровку окна в обсадной колонне для прохода породоразрушающего инструмента.
2. Снизить время зарезки второго ствола.
3. Снизить вибрации при калибровке окна в обсадной колонне.
4. Повысить долговечность фрезы для калибровки окна в обсадной колонне.
5. Повысить качество поверхности отфрезерованного окна.
6. Повысить надежность фрезы для калибровки окна в обсадной колонне.