НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ СКВАЖИННЫЙ ОТКЛОНИТЕЛЬ
NONMETAL WHIPSTOCK

Область техники
В целом, изобретение относится к скважинным отклонителям для создания отводов от стволов скважин и, конкретно, к скважинным отклонителям, которые по существу не являются металлическими.
Предпосылки создания изобретения
Часто в течение срока действия скважины требуется создание дополнительных отводов для надлежащей и более полной разработки пласта. Скважинные отклонители (отклоняющие клинья) должным образом размещаются в стволе скважины и ориентируются так, чтобы боковой отвод был расположен в нужном направлении в разрабатываемом пласте. Скважинные отклонители обычно закрепляются снизу и имеют поверхность скоса под углом около 3 градусов. В результате, корпус скважинного отклонителя обычно имеет значительную длину и вблизи верхнего конца имеет выступ, обеспечивающий подведение фрезера для прорезывания окон. После надлежащей ориентации и закрепления фрезер для прорезывания окон включается и отцепляется от своего установочного выступа и начинает прорезывать проход или окно в окружающей трубе.
Скважинные отклонители обычно вырезаются фрезерованием из металлической цилиндрической заготовки, причем процесс срезания скоса, длина которого может превышать 15 футов, занимает продолжительное время. Жесткость получившегося в результате скважинного отклонителя создает сложности при работе с ним в искривленных стволах скважины, и возникает риск нарушения соединения между фрезером для прорезывания окон и выступом при введении в скважину.
Скважинные отклонители обычно всегда делались такими. В настоящем изобретении эта традиция нарушается и предлагается усовершенствованный процесс изготовления, простота которого сочетается с достижением рабочих характеристик, сравнимых с цельнометаллическими конструкциями. Примеры ранее применяемых скважинных отклонителей можно найти в патентах US: 6,766,859; 6,497,288; 6,419,024; 6,419,023; 6,419,021; 6,419,012; 6,419,010; 6,386,287; 5,725,060; 5,507,346; 5,499,680; 5,467,820; 5,277,251; 5,199,513 и публикации US 2002/0029889. В последнем документе описано использование полимерного покрытия на скважинном отклонителе для защиты его металлического корпуса и для облегчения продвижения промывочного инструмента вокруг скважинного отклонителя в случае, если его придется вылавливать.
Помимо упомянутого выше, в уровне техники известно изготовление скважинного отклонителя из металлического цилиндра. Этот способ иллюстрируется фиг.1-3. В трубе 10 выполняется полукруглый надрез 12 и два конических среза 14 и 16 друг против друга. Отрезанный фрагмент 18 отделяется и переворачивается, как это показано на фиг.3, и приваривается обратно, в результате чего от отверстия 20 отходит скос. Недостатком такого решения является наличие отрезка трубы 22, внутренним диаметром 24 которой ограничивается диаметр фрезера для прорезывания окон, который можно туда вставить и повернуть на скосе, образованным отрезанным фрагментом 18. На фиг.4 представлен типичный фрезерованный скважинный отклонитель 26, имеющий прорезь 28 для извлечения и выступ 30 для первоначального прикрепления к фрезеру 32 для прорезывания окон. Окно выполняется в трубе 34.
Настоящее изобретение станет более понятным для специалистов при рассмотрении его предпочтительного варианта осуществления и соответствующих чертежей, а также из формулы, определяющей объем патентных притязаний изобретения.
Краткое изложение сущности изобретения
В настоящем изобретении предлагается скважинный отклонитель, полностью или по большей части изготовленный без использования металла и, в предпочтительном варианте, выполненный из композиционного материала. Корпус может включать один или более элементов жесткости, в которых, в предпочтительном варианте, также не используется металл. Установочный выступ для фрезера для прорезывания окон также может быть неметаллическим. Металлическое основание может быть использовано для прикрепления к якорю. Скос может включать пластину, которая может быть закреплена изнутри. В альтернативном варианте, скос может содержать вставки с повышенной твердостью или иной износостойкий материал. Предпочтение следует отдавать композиционным материалам, которые подходят для изготовления в пресс-формах.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1-3 представлен известный способ создания скважинного отклонителя без фрезерования цилиндра;
на фиг.4 представлен вид сечения типичной сборки металлического скважинного отклонителя, подведенного к нужному месту прикрепленным к фрезеру для прорезывания окон за выступ в верхнем конце скважинного отклонителя;
на фиг.5, 5а-в изображен полностью неметаллический скважинный отклонитель, а также виды сечений в разных точках по его длине;
на фиг.6 показан неметаллический скважинный отклонитель, на поверхности скоса которого может быть расположена износоустойчивая пластина, а на фиг.7 показана износоустойчивая пластина, пригодная для установки на поверхность скоса;
на фиг.8 показан неметаллический скос с внедренным в него твердым материалом для улучшения износоустойчивости;
на фиг.9 и 9а-б представлены варианты конструкции скважинного отклонителя, показанного на фиг.5, с элементами жесткости корпуса.
Подробное описание изобретения
На фиг.5 показан скважинный отклонитель 36, неметаллический корпус 38 которого включает скос 40. Установочный выступ 42 расположен на скосе 40 и может быть выполнен из того же материала, что и корпус 38. Выступ может быть интегральной частью корпуса 38, либо это может быть сборная конструкция, с использованием склеивания или иных подобных способов скрепления. На фиг.5а показана дугообразная форма скоса 40, а на фиг.56 показана прорезь 44 для извлечения, проходящая в скос 40. В предпочтительном варианте, нижняя переходная муфта 46 выполнена из металла и соединена с корпусом 38 резьбой 48. Переходная муфта 46 обычно соединяется с якорем (не показан) и может быть как интегральной частью корпуса 38, так и отдельным компонентом, и может быть изготовлена из неметаллического материала. Канал 50 может проходить от переходной муфты 46 до скоса 40. Одно из назначений канала 50 показано на фиг.6 и 7. На фиг.6 показан скос 52 и элемент 54 скольжения, конструкция которого приспособлена к прикреплению к скосу 52 с тем, чтобы сделать скос 52 более устойчивым к износу при прорезывании окна. Элемент 54 скольжения может быть металлическим и может прикрепляться к скосу 52 связующими материалами или иными известными способами. В варианте осуществления, у элемента 54 скольжения на обратной стороне 56 может быть прикреплен стержень, который может вводиться в канал 50, показанный на фиг.5. В этом случае, стержень (не показан) может передавать удары, воздействующие на элемент 54 скольжения, непосредственно на переходную муфту 46 и на находящейся под ней якорь (не показан), в которые упирается корпус 38, поглощающий ударные нагрузки.
На фиг.8 показано использование износоустойчивого материала, например вставок 58 из карбида, которые вводятся в скос 60 для увеличения его срока службы.
На фиг.9 изображено по сути то же, что и на фиг.5, за исключением того, что в корпусе 62 имеется один или более продольно расположенных элементов 64 жесткости, жесткость которых больше жесткости корпуса 62, либо, в альтернативном варианте, они могут быть выполнены из того же материала. Хотя на чертежах показаны элементы 64 жесткости прямоугольного сечения, можно представить себе и другие формы, а также другие количества и различные длины. Элементы жесткости могут быть полностью заделаны в корпус, либо могут иметь с корпусом боковой зазор, как показано на фиг.9б.
В предпочтительном варианте, предложенный в настоящем изобретении скважинный отклонитель может быть изготовлен из композиционного материала литьем под давлением либо из заготовки. Он может по меньшей мере на 80% состоять из композиционного материала или другого стойкого неметаллического материала, обладающего некоторой упругостью и нехрупкого, а также может быть армирован волокном. При необходимости, скважинный отклонитель может быть полностью неметаллическим. При таком способе изготовления скважинного отклонителя, сокращается время изготовления и снижаются производственные расходы. При изготовлении скважинного отклонителя из металла для получения скоса необходимо фрезеровкой срезать большое количество стали. Преимущество неметаллического скважинного отклонителя проявляется и в том случае, если он изготавливается фрезерованием. В этом случае изготовление занимает много меньше времени. При прохождении изгибов скважины скорость движения неметаллического скважинного отклонителя выше, а вероятность, что он застрянет, меньше. В результате может быть получена жесткость, сравнимая с жесткостью стальных скважинных отклонителей, необходимая продольная прочность обеспечивается элементами жесткости, но при этом сохраняется некоторая гибкость, необходимая для прохождения изогнутых участков стволов.
Для специалистов должно быть понятно, что термин "неметаллический" подразумевает степень использования других материалов и охватывает как стопроцентно композитные конструкции, так и конструкции, включающие 80% композиционных материалов, а остальное - металл, как это было проиллюстрировано нижней переходной втулкой 46 или элементом 54 скольжения на фиг.7.
Приведенное выше описание служит только для иллюстрации предпочтительного варианта осуществления, и специалистами могут быть предложены многочисленные изменения в рамках изобретения, область притязаний которого буквально и эквивалентно определяется приводимой ниже формулой изобретения.