ФРЕЗА ДЛЯ ПРОРЕЗКИ БОКОВОГО ОКНА В ОБСАДНОЙ КОЛОННЕ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может использоваться при бурении, в качестве режущего инструмента для прорезки бокового окна 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 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. В изобретении не решен вопрос со снижением трения и нагревом режущих кромок фрезы.
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.
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 изобретения является низкая интенсивность очистки зоны резанья от металлической стружки.
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. Наружный 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 со снижением трения и нагревом режущих кромок фрезы.
Известна фреза по патенту РФ на полезную модель №103564 (прототип) 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 низкая интенсивность очистки зоны резанья от металлической стружки.
Задачами создания полезной модели являются: снижение трения и нагрева режущих кромок фрезы, а также повышение интенсивности очистки зоны резания от металлической стружки.
Решение указанных задач достигнуто за счет того, фреза для прорезки бокового окна в обсадной колонне содержит корпус верхняя часть которого выполнена цилиндрической с увеличением диаметра к его торцу и присоединительной резьбой для соединения с буровыми трубами, нижняя часть выполнена с боковыми зубьями наружный диаметр которых в средней части больше чем в начале и имеет форму усеченной пирамиды, на рабочие поверхности зубьев нанесен слой износоустойчивого режуще-истирающего покрытия из композиционного материала, корпус выполнен полым с промывочным каналом вдоль оси фрезы соединенным с промывочными отверстиями выполненными под углом к оси фрезы и расположенными в пазу между ее зубьями причем часть промывочных отверстий направлена вбок и вверх, а часть направлена вбок и вниз. Диаметр промывочных отверстий направленных в бок и вверх меньше диаметра отверстий направленных вбок и вниз. В одном пазу может быть несколько промывочных отверстий. Направление промывочных отверстий в одном пазу одинаковое. Направление промывочных отверстий в одном пазу разное. Направление промывочных отверстий в соседних пазах разное. Края промывочных отверстий покрыты композиционным материалом. В промывочных отверстиях установлены втулки из твердосплавного материала В качестве 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 прорезки бокового окна в обсадной колонне применяются недефицитные материалы и известные технологии.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1…3, где:
на фиг.1 приведена фреза для прорезки бокового окна в обсадной колонне между зубьями которой, расположено по нескольку промывочных отверстий направленных в каждом пазе в одну сторону.
на фиг.2 приведен разрез А-А.
на фиг.3 приведена фреза между зубьями которой, расположено по нескольку промывочных отверстий направленных в каждом пазе в разные стороны с установленными втулками из твердосплавного материала.
Фреза для прорезки бокового окна в обсадной колонне состоит из корпуса 1 верхняя часть 2 которого выполнена цилиндрической с увеличением диаметра к его торцу 3 и присоединительной резьбой 4 для соединения с буровыми трубами (на фиг. не показаны), нижняя часть 5 выполнена с боковыми зубьями 6 наружный диаметр которых в средней части 7 больше чем в начале и имеет форму усеченной пирамиды, на рабочие поверхности зубьев 6 нанесен слой износоустойчивого режуще-истирающего покрытия 8 из композиционного материала, корпус 1 выполнен полым с промывочным каналом 9 вдоль оси фрезы соединенным с промывочными отверстиями 10 выполненными под углом к оси фрезы и расположенными в пазу 11 между ее зубьями 6 причем часть промывочных отверстий 10 направлена вбок и вверх, а часть направлена вбок и вниз. Диаметр промывочных отверстий 10 направленных в бок и вверх меньше диаметра промывочных отверстий 10 направленных вбок и вниз. В одном пазу может быть несколько промывочных отверстий 10. Направление промывочных отверстий 10 в одном пазу может быть одинаковое. Направление промывочных отверстий 10 в одном пазу может быть разное. Направление промывочных отверстий 10 в соседних пазах может быть разное. Края промывочных отверстий 10 покрыты композиционным материалом. В промывочных отверстиях 10 могут быть установлены втулки 12 из твердосплавного материала В качестве композиционного материала используется колотый вольфрамокобальтовый твердый сплав.
Фреза для прорезки бокового окна в обсадной колонне работает следующим образом. По резьбе 4 фреза соединяется с колонной бурильных труб и спускается в скважину. После спуска на глубину зарезки фреза попадает на отклоняющее устройство и врезается боковыми зубьями 6 в стенку трубы обсадной колонны. При несвоевременной очистке забоя происходит повышенное трение, что ведет к перегреву режущих кромок и снижению времени эксплуатации фрезы. Для эффективной работы фрезы необходимо быстро и полностью удалять из зоны резания образующуюся там стружку. В фрезе для прорезки бокового окна в обсадной колонне это решается с помощью промывочных отверстий 10 направленных в бок и вниз и в бок и верх. расположенных в разных комбинациях. Промывочные отверстия 10 направленные в бок и вниз смывают стружку с зубьев 6 фрезы и поднимают над забоем, а промывочные отверстия 10 направленные в бок и верх направляют стружку к устью. При этом основная масса потока и энергия струи направлена на забой, для чего диаметр промывочных отверстий 10 направленных в бок и вниз выполнен больше диаметра отверстий направленных в бок и верх. Для снижения абразивного износа промывочных отверстий 10 в них могут быть установлены твердосплавные втулки.
Применение полезной модели позволило:
1. Обеспечить прорезку бокового окна в обсадной колонне.
2. Повысить долговечность фрезы
3. Снизить время зарезки второго ствола.
4. Повысить интенсивность очистки зоны резания от металлической стружки
5. Снизить трение и нагрев режущих кромок фрезы
6. Повысить надежность фрезы.