ФРЕЗЕРНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ВЫРЕЗКИ ОКНА В ОБСАДНОЙ КОЛОННЕ СКВАЖИНЫ
MILLING TOOL FOR CUTTING OPENING IN WELL CASING STRING

Изобретение относится к буровой технике, а именно к фрезерным инструментам (фрезерам-райберам) для вырезки окон в обсадных зацементированных колоннах бездействующих или малодебитных скважин с целью последующего бурения боковых стволов для добычи нефти через окна в стенках обсадных труб.
Известен фрезерный инструмент для вырезания окна в обсадной колонне скважины, состоящий из оконного фрезера, закрепленного на верхнем конце клина-отклонителя с возможностью разъединения, и двух фрезеров-райберов, расположенных выше по стволу скважины относительно оконного фрезера, при этом оконный фрезер в верхней части имеет утолщение, клин-отклонитель имеет уступ, выполненный с возможностью его взаимодействия с утолщением оконного фрезера в момент зарезания стенки обсадной колонны, лопасти оконного фрезера выполнены сменными, армированными твердым сплавом и/или режущими вставками, фрезеры-райберы соединены между собой через гибкий патрубок и имеют участки корпуса с уменьшенным диаметром, оконный фрезер и фрезеры-райберы соединены между собой посредством двухупорной замковой резьбы, причем диаметр фрезеров-райберов увеличивается на один типоразмер вверх от оконного фрезера (RU 2278239 С1, 20.06.2006).
Недостатком известной конструкции является неполная возможность повышения эффективности режущего действия зарезной, проходной и калибрующей фрез вследствие повышенного уровня вибраций, высокой вероятности образования пробок стружки между зубьями фрез, образующих профиль вырезаемого окна, а также из-за возникновения истирающего действия стружкой пластин из твердого сплава на фрезах, что не обеспечивает экономического преимущества при проходке скважины за один рейс фрезерного инструмента для чистого фрезерования окна с гладкими кромками в стенке обсадной трубы.
Другим недостатком известной конструкции является неполная возможность снижения вибраций при фрезеровании и напряжений в соединениях компоновки низа бурильной колонны (КНБК), склонность фрезеровочной КНБК к уводу "влево" (хорошее сцепление цемента или твердый пласт) и к уводу "вправо" (плохое сцепление цемента или мягкий пласт), а также неполная возможность предотвращения врезания в переднюю часть клина-отклонителя.
Известен фрезерный инструмент, содержащий режущую и направляющую части, при этом режущая часть выполнена в виде фрезы для прорезания окна в обсадной колонне в буровой скважине, включающей полый корпус, в котором выполнен промывочный канал вдоль оси фрезы и промывочные отверстия в нижней части, и имеющий боковые и концевые рабочие поверхности, покрытые режущеистирающим покрытием и закрепленными режущими элементами соответственно, направляющая часть выполнена в виде клина-отклонителя с наклонной рабочей поверхностью, соединенного с корпусом фрезы срезным болтом через промежуточный элемент, при этом корпус фрезы выполнен разъемным и состоит из верхней и нижней частей, нижняя часть имеет торец, выполненный в форме правильной пирамиды, на ребрах которой, являющихся рабочими поверхностями, закреплены в один или два ряда при ступенчатой поверхности ребер твердосплавные режущие элементы, а на гранях напаен слой режущеистирающего покрытия, верхняя часть корпуса фрезы имеет переменное сечение, при этом концевая часть верхней части корпуса имеет цилиндрическую форму, над концевой частью корпус имеет форму усеченной пирамиды, направленной усеченной частью вверх, на ребрах которой, представляющих рабочие поверхности, нанесено режущеистирающее покрытие, над частью корпуса, выполненной в форме усеченной пирамиды, корпус выполнен в виде сферического многогранника, представляющего рабочую поверхность, грани которого в сечении имеют форму неправильной трапеции, при этом на нижней боковой поверхности граней закреплены в один или два ряда при ступенчатой поверхности ребер режущие элементы, выше которых вдоль рабочей поверхности нанесено режущеистирающее покрытие, верхняя и нижняя часть корпуса фрезы соединены шлицевым крестообразным соединением путем выполнения крестообразных пазов на нижней торцевой поверхности верхней части корпуса и ответных им крестообразных выступов на верхней торцевой поверхности нижней части корпуса, при этом нижняя и верхняя части корпуса фрезы закреплены болтом, установленным в отверстии, выполненном под промывочным каналом в нижней части корпуса, 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, которая горизонтальной частью опирается на полый пружинный элемент, диаметр горизонтальной части равен внутреннему диаметру промывочного канала, а вертикальная часть головки выполнена над горизонтальной частью и имеет диаметр, равный диаметру тела болта, в верхней части корпуса фрезы выполнены промывочные отверстия в шахматном порядке по отношению к промывочным отверстиям нижней части корпуса, срезной болт для закрепления корпуса фрезы расположен в резьбовом отверстии между концевыми рабочими поверхностями фрезы и в промежуточном элементе, выполненном в виде втулки, втулка вставлена в отверстие Т-образной формы, выполненное в верхней части клина-отклонителя, и жестко закреплена в этом отверстии, часть втулки, соприкасающаяся с корпусом фрезы, выполнена в виде усеченного конуса с резьбой в нем и выступает над поверхностью клина-отклонителя (RU 2310735 С1, 20.11.2007).
Недостатком известной конструкции является неполная возможность снижения трудоемкости изготовления и стоимости оконной фрезы, а также повышения эффективности режущего действия фрезы для прорезания окна в обсадной колонне в буровой скважине вследствие повышенного уровня вибраций, высокой вероятности образования пробок стружки между зубьями фрезы, образующих профиль вырезаемого окна, а также из-за возникновения истирающего действия стружкой пластин из твердого сплава на фрезе, что не обеспечивает экономического преимущества при проходке скважины, при этом требуется поднятие бурильной колонны для установки проходного и калибрующего фрезеров-райберов для чистого фрезерования окна с гладкими кромками в стенке обсадной трубы.
Другим недостатком известной конструкции является неполная возможность снижения вибраций при фрезеровании и напряжений в соединениях компоновки низа бурильной колонны (КНБК), склонность фрезеровочной КНБК к уводу "влево" (хорошее сцепление цемента или твердый пласт) и к уводу "вправо" (плохое сцепление цемента или мягкий пласт), а также неполная возможность предотвращения врезания в переднюю часть клина-отклонителя.
Известен фрезерный инструмент для вырезания окна в обсадной колонне скважины, состоящий из корпуса, множества лопастей на корпусе с радиально и продольно исходящими отверстиями между лопастями и множества вставок, установленных на лопасти, каждая из вставок состоит из корпуса и слоя сталережущего материала из синтетических (поликристаллических) алмазов на режущем торце каждого корпуса вставки для зарезки окна через стальную обсадную колонну и для бурения пласта, прилегающего к скважине (US 6612383, Sep.2. 2003).
Недостатком известного фрезерного инструмента является хрупкость и низкая ударная прочность поликристаллических алмазов PDC (Polycrystalline Diamond Compakt) для долота, высокая стоимость фрезерного инструмента, а также неполная возможность повышения эффективности режущего действия фрезы для прорезания окна в обсадной колонне в буровой скважине вследствие повышенного уровня вибраций и циклических ударных нагрузок, высокой вероятности образования пробок стружки между зубьями фрезерного инструмента, образующих профиль вырезаемого окна, а также из-за возникновения истирающего действия стружкой пластин из поликристаллических алмазов PDC, что не обеспечивает экономического преимущества при вырезании окна в обсадной трубе в колонне скважины и для бурения пласта, прилегающего к скважине.
Другим недостатком известной конструкции является неполная возможность снижения вибраций при фрезеровании и напряжений в соединениях компоновки низа бурильной колонны (КНБК), склонность фрезеровочной КНБК к уводу "влево" (хорошее сцепление цемента или твердый пласт) и к уводу "вправо" (плохое сцепление цемента или мягкий пласт), а также неполная возможность предотвращения врезания в переднюю часть клина-отклонителя.
Известна фреза забойного режущего инструмента для применения при забойном бурении, фреза содержит корпус, имеющий первую концевую секцию с дуговым торцом, вторую концевую секцию с дуговым торцом, центральную секцию, соединяющую первую и вторую концевые секции, центральная секция имеет боковые стороны, которые в значительной степени плоские, режущий торец, представленный первой, второй и центральной секциями, и кромку вдоль всей наружной окружности режущего торца, при этом корпус фрезы армирован поликристаллическими алмазами PDC или карбидом, дуговые торцы первой и второй концевой секций представляют собой полуокружности, или дуговые торцы первой и второй концевой секций представляют собой сегменты (US 7363992, Apr.29. 2008).
Недостатком известного фрезерного инструмента является хрупкость и низкая ударная прочность поликристаллических алмазов PDC (Polycrystalline Diamond Compakt) для долота, высокая стоимость фрезерного инструмента, а также неполная возможность повышения эффективности режущего действия фрезы для прорезания окна в обсадной колонне в буровой скважине вследствие повышенного уровня вибраций и циклических ударных нагрузок, высокой вероятности образования пробок стружки между зубьями фрезерного инструмента, образующих профиль вырезаемого окна, а также из-за возникновения истирающего действия стружкой пластин из поликристаллических алмазов PDC, что не обеспечивает экономического преимущества при вырезании окна в обсадной трубе (в колонне) скважины и для бурения пласта, прилегающего к скважине.
Наиболее близким к заявляемой конструкции является компоновка для прорезки и формирования полноразмерного бокового окна в обсадной колонне скважины за один рейс бурильного инструмента, включающая соединенные с колонной бурильных труб зарезной, проходной и калибрующий фрезеры-райберы с металлоразрушающими элементами на их наружной поверхности и отклоняющий клин с узлом его подвески на срезных болтах-штифтах, при этом фрезеры-райберы жестко закреплены на едином полом валу, который верхним концом жестко соединен на резьбе с колонной бурильных труб, на нижнем конце единого полого вала жестко закреплен зарезной фрезер-райбер, а проходной и калибрующий фрезеры-райберы жестко закреплены на наружной поверхности единого полого вала ниже его присоединительной резьбы с колонной бурильных труб на расстоянии друг от друга, определяемом функциональными параметрами окна (RU 2312199 С1, 10.12.2007).
Недостатком известной конструкции является неполная возможность повышения надежности и эффективности режущего действия зарезной, проходной и калибрующей фрез фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины, предотвращения аварийности и снижения стоимости бурильных работ, обеспечения чистого фрезерования с гладкими кромками, повышения точности вырезки окон в обсадных колоннах скважин за один рейс бурильного инструмента, уменьшения вероятности образования пробок стружки между зубьями фрез, образующих профиль вырезаемого окна, путем уменьшения истирающего действия стружкой пластин из твердого сплава на фрезах, снижения вибрационных напряжений при фрезеровании и напряжений в соединениях компоновки низа бурильной колонны (КНБК), уменьшения склонности фрезеровочной КНБК к уводу "влево" (хорошее сцепление цемента или твердый пласт) и "вправо" (плохое сцепление цемента или мягкий пласт), а также предотвращения врезания в переднюю часть клина-отклонителя.
Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, - повышение надежности и эффективности режущего действия зарезной, проходной и калибрующей фрез фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины, предотвращение аварийности и снижение стоимости бурильных работ, обеспечение чистого фрезерования с гладкими кромками, повышение точности вырезки окон в обсадных колоннах скважин за один рейс бурильного инструмента за счет разгрузки напряжений в режущих (твердосплавных) пластинах, уменьшения вероятности образования пробок стружки между зубьями фрез, образующих профиль вырезаемого окна, путем уменьшения истирающего действия стружкой пластин из твердого сплава на фрезах, снижения вибрационных напряжений при фрезеровании и напряжений в соединениях компоновки низа бурильной колонны (КНБК), уменьшения склонности фрезеровочной КНБК к уводу "влево" (хорошее сцепление цемента или твердый пласт) и "вправо" (плохое сцепление цемента или мягкий пласт), а также предотвращения врезания в переднюю часть клина-отклонителя.
Сущность технического решения заключается в том, что во фрезерном инструменте для вырезки окна в обсадной колонне скважины, содержащем зарезной, проходной и калибрующий фрезеры-райберы с закрепленными в них режущими пластинами, например, из твердого сплава, при этом зарезной и проходной фрезеры-райберы выполнены в виде единого полого корпуса, а зарезной, проходной и калибрующий фрезеры-райберы жестко закреплены на едином полом валу, например, при помощи резьбы, центрирующих поясов и контактирующих друг с другом торцов фрезеров-райберов и единого полого вала, а также содержащем отклоняющее клиновое устройство с узлом его подвески на срезных болтах, при этом в едином полом корпусе и в едином полом валу выполнены каналы для промывочной жидкости, согласно изобретению центрирующий пояс единого полого вала для установки и закрепления калибрующего фрезера-райбера выполнен с эксцентриситетом относительно центральной продольной оси единого полого вала, режущие пластины, закрепленные в проходном фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, расположены с эксцентриситетом относительно режущих пластин, закрепленных в зарезном фрезере-райбере и образующих поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, при этом режущие пластины, закрепленные в зарезном фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, расположены концентрично относительно центральной продольной оси единого полого вала, а режущие пластины, закрепленные в проходном фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, а также режущие пластины, закрепленные в калибрующем фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, расположены с одинаковым эксцентриситетом и оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси единого полого вала, при этом корпус калибрующего фрезера-райбера выполнен с винтовыми каналами, единый полый корпус зарезного и проходного фрезеров-райберов выполнен с винтовыми каналами для проходного фрезера-райбера, а режущие пластины, закрепленные в проходном фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, а также режущие пластины, закрепленные в калибрующем фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, расположены вдоль центральной продольной оси единого полого вала и закреплены в продольных пазах винтовых лопастей, образованных вышеуказанными винтовыми каналами, при этом винтовые лопасти проходного и соответственно калибрующего фрезера-райбера с закрепленными в них режущими пластинами выполнены каждая с поперечной стружколомающей канавкой.
Режущие пластины в зарезном фрезере-райбере скреплены с металлическими Г-образными планками и образуют технологические режущие модули, при этом технологические режущие модули закреплены в пазах для зарезного фрезера-райбера в едином полом корпусе зарезного и проходного фрезеров-райберов методом пайки.
Дно каждого винтового канала проходного и соответственно калибрующего фрезера-райбера расположено на меньшем радиальном расстоянии по сравнению с радиальным расстоянием до дна каждой поперечной стружколомающей канавки, выполненной в каждой винтовой лопасти проходного и соответственно калибрующего фрезера-райбера.
Поперечные стружколомающие канавки, выполненные в винтовых лопастях проходного фрезера-райбера с закрепленными в них режущими пластинами, расположены в одной поперечной плоскости, в средней части винтовых линий винтовых лопастей.
Поперечные стружколомающие канавки, выполненные в винтовых лопастях калибрующего фрезера-райбера с закрепленными в них режущими пластинами, расположены в одной поперечной плоскости, в средней части винтовых линий винтовых лопастей.
Пазы на лобовом торце единого полого корпуса зарезного и проходного фрезеров-райберов, предназначенные для установки и закрепления в них технологических режущих модулей для зарезного фрезера-райбера, выполнены тупиковыми в направлении к оси вращения единого полого корпуса и расположены параллельно радиусам от оси вращения единого полого корпуса, лобовой торец в центральной части вращения единого полого корпуса выполнен сплошным, а на лобовом торце единого полого корпуса между режущими пластинами смежной пары технологических режущих модулей выполнен центральный канал промывочной жидкости, смещенный от оси вращения единого полого корпуса.
Выполнение фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины таким образом, что центрирующий пояс единого полого вала для установки и закрепления калибрующего фрезера-райбера выполнен с эксцентриситетом относительно центральной продольной оси единого полого вала, режущие пластины, закрепленные в проходном фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, расположены с эксцентриситетом относительно режущих пластин, закрепленных в зарезном фрезере-райбере и образующих поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, при этом режущие пластины, закрепленные в зарезном фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, расположены концентрично относительно центральной продольной оси единого полого вала, а режущие пластины, закрепленные в проходном фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, а также режущие пластины, закрепленные в калибрующем фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, расположены с одинаковым эксцентриситетом и оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси единого полого вала, при этом корпус калибрующего фрезера-райбера выполнен с винтовыми каналами, единый полый корпус зарезного и проходного фрезеров-райберов выполнен с винтовыми каналами для проходного фрезера-райбера, а режущие пластины, закрепленные в проходном фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, а также режущие пластины, закрепленные в калибрующем фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне, расположены вдоль центральной продольной оси единого полого вала и закреплены в продольных пазах винтовых лопастей, образованных вышеуказанными винтовыми каналами, при этом винтовые лопасти проходного и соответственно калибрующего фрезера-райбера с закрепленными в них режущими пластинами выполнены каждая с поперечной стружколомающей канавкой, повышает надежность и эффективность режущего действия зарезной, проходной и калибрующей фрез фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины, предотвращает аварийность и снижает стоимость бурильных работ, обеспечивает чистое фрезерование с гладкими кромками, повышает точность вырезки окон в обсадных колоннах скважин за один рейс бурильного инструмента за счет разгрузки напряжений в режущих (твердосплавных) пластинах, уменьшения вероятности образования пробок стружки между зубьями фрез, образующих профиль вырезаемого окна, уменьшения истирающего действия стружкой пластин из твердого сплава на фрезах, снижения вибрационных напряжений при фрезеровании и напряжений в соединениях компоновки низа бурильной колонны (КНБК), уменьшения склонности фрезеровочной КНБК к уводу "влево" (хорошее сцепление цемента или твердый пласт) и "вправо" (плохое сцепление цемента или мягкий пласт), а также предотвращения врезания в переднюю часть клина-отклонителя.
Выполнение фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины таким образом, что режущие пластины из твердого сплава в зарезном фрезере-райбере скреплены с металлическими Г-образными планками и образуют технологические режущие модули, при этом технологические режущие модули закреплены в пазах для зарезного фрезера-райбера в едином полом корпусе зарезного и проходного фрезеров-райберов методом пайки, многократно повышает точность расположения и заданных углов резания пластин из твердого сплава, скрепленных с металлическими планками методом пайки, например припоем из латуни Л63, снижает затраты энергии, связанные с нагревом технологических режущих модулей, массивных деталей единого полого корпуса зарезного и проходного фрезеров-райберов, а также корпуса калибрующего фрезера-райбера, предотвращает отпуск, выкрашивание, "выпадание" и снижение режущих свойств режущих пластин из твердого сплава.
Выполнение фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины таким образом, что дно каждого винтового канала проходного и соответственно калибрующего фрезера-райбера расположено на меньшем радиальном расстоянии по сравнению с радиальным расстоянием до дна каждой поперечной стружколомающей канавки, выполненной в каждой винтовой лопасти проходного и соответственно калибрующего фрезера-райбера, при этом поперечные стружколомающие канавки, выполненные в винтовых лопастях проходного фрезера-райбера с закрепленными в них режущими пластинами, расположены в одной поперечной плоскости, в средней части винтовых линий винтовых лопастей, а поперечные стружколомающие канавки, выполненные в винтовых лопастях калибрующего фрезера-райбера с закрепленными в них режущими пластинами, расположены в одной поперечной плоскости, в средней части винтовых линий винтовых лопастей, снижает вероятность образования пробок стружки и шлама, обеспечивает режущее, а не истирающее действие фрезера-райбера и оптимальный размер стружки, предотвращает аварийность, повышает точность вырезки окна в обсадной колонне нефтяной скважины за один рейс бурильного инструмента, а также улучшает проходимость компоновки низа бурильной колонны с героторным гидравлическим двигателем и долотом при последующем бурении бокового ствола через вырезанное окно в стенке обсадной трубы.
Выполнение фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины таким образом, что пазы на лобовом торце единого полого корпуса зарезного и проходного фрезеров-райберов, предназначенные для установки и закрепления в них технологических режущих модулей для зарезного фрезера-райбера, выполнены тупиковыми в направлении к оси вращения единого полого корпуса и расположены параллельно радиусам от оси вращения единого полого корпуса, лобовой торец в центральной части вращения единого полого корпуса выполнен сплошным, а на лобовом торце единого полого корпуса между режущими пластинами смежной пары технологических режущих модулей выполнен центральный канал промывочной жидкости, смещенный от оси вращения единого полого корпуса, снижает уровень вибраций, циклических ударов и напряжений при фрезеровании, уменьшает эффект истирающего действия стружкой режущих пластин из твердого сплава на фрезах, снижает напряжения в соединениях компоновки низа бурильной колонны (КНБК), уменьшает склонность фрезеровочной КНБК к уводу "влево" (хорошее сцепление цемента или твердый пласт) и к уводу "вправо" (плохое сцепление цемента или мягкий пласт), а также предотвращает врезание в переднюю часть клина-отклонителя.
Ниже представлен лучший вариант фрезерного инструмента для вырезки окна в колонне обсадных труб диаметром 146 мм в скважине.
На фиг.1 показан общий вид фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины, содержащего отклоняющее клиновое устройство с узлом его подвески на срезных болтах.
На фиг.2 показан разрез А-А на фиг.1 поперек отклоняющей части клинового устройства и скрепленного с ней радиально-упорного элемента для установки с эксцентриситетом зарезной части фрезера-райбера.
На фиг.3 показана аксонометрическая проекция фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины, содержащего зарезной, проходной и калибрующий фрезеры-райберы с закрепленными в них режущими пластинами из твердого сплава.
На фиг.4 показан продольный разрез фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины, содержащего зарезной, проходной и калибрующий фрезеры-райберы с закрепленными в них режущими пластинами из твердого сплава.
На фиг.5 показан разрез Б-Б на фиг.4 поперек калибрующего фрезера-райбера, жестко закрепленного на едином полом валу при помощи резьбы, центрирующих поясов и контактирующих друг с другом торцов фрезера-райбера и единого полого вала.
На фиг.6 показан разрез В-В на фиг.4 поперек проходного фрезера-райбера, выполненного в едином полом корпусе с зарезным фрезером-райбером, жестко закрепленным на едином полом валу при помощи резьбы, центрирующего пояса и контактирующих друг с другом торцов фрезера-райбера, единого полого вала и регулировочного кольца.
На фиг.7 показан вид Г на фиг.4 на пазы на торце единого полого корпуса зарезного и проходного фрезеров-райберов, предназначенные для установки и закрепления в них технологических режущих модулей для зарезного фрезера-райбера (технологические режущие модули не показаны).
На фиг.8 показан один из технологических режущих модулей для зарезного фрезера-райбера.
Фрезерный инструмент для вырезки окна в обсадной колонне скважины содержит зарезной фрезер-райбер 1, проходной фрезер-райбер 2 и калибрующий фрезер-райбер 3 с закрепленными в них режущими пластинами 4, 5 из твердого сплава, при этом зарезной фрезер-райбер 1 и проходной фрезер-райбер 2 выполнены в виде единого полого корпуса 6, а зарезной фрезер-райбер 1, проходной фрезер-райбер 2 и калибрующий фрезер-райбер 3 жестко закреплены на едином полом валу 7 при помощи резьб 8, 9, центрирующих поясов 10, 11, 12 и контактирующих друг с другом торцов соответственно 13, 14 и 15, 16 фрезеров-райберов 2, 3 и единого полого вала 7, показано на фиг.1, 3, 4.
Фрезерный инструмент для вырезки окна в обсадной колонне 17 скважины содержит также отклоняющее клиновое устройство 18 с узлом его подвески на срезных болтах 19, при этом в едином полом корпусе 6 и в едином полом валу 7 выполнены каналы 20 и соответственно 21 для промывочной жидкости 22 (бурового раствора), показано на фиг.1, 4.
Центрирующий пояс 12 единого полого вала 7, а также второй центрирующий пояс 11 выполнены концентрично друг относительно друга для установки калибрующего фрезера-райбера 3, а относительно центральной продольной оси 24 единого полого вала 7 выполнены с эксцентриситетом 23, при этом поз.25 - собственная центральная продольная ось калибрующего фрезера-райбера 3, показано на фиг.4, 5.
Режущие пластины 4 (12114-150400 ГОСТ 19071-80), закрепленные в калибрующем фрезере-райбере 3 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне 17, расположены концентрично относительно собственной центральной продольной оси 25 калибрующего фрезера-райбера 3, при этом режущие пластины 5 (03125-150400 ГОСТ 24248-80), закрепленные в калибрующем фрезере-райбере 3 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне 17, также расположены концентрично относительно собственной центральной продольной оси 25 калибрующего фрезера-райбера 3, показано на фиг.4, 5.
Режущие пластины 4 (12114-150400 ГОСТ 19071-80) и 5 (03125-150400 ГОСТ 24248-80), закрепленные в проходном фрезере-райбере 2 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне 17, расположены с эксцентриситетом 26 относительно режущих пластин 4 (12114-150400 ГОСТ 19071-80), закрепленных в зарезном фрезере-райбере 1 и образующих поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне 17, при этом поз.27 - показана собственная центральная продольная ось единого полого корпуса 6, предназначенного для зарезного фрезера-райбера 1 и проходного фрезера-райбера 2, а поз.28 - показана собственная центральная продольная ось проходного фрезера-райбера 2, показано на фиг.4, 6.
Режущие пластины 4, закрепленные в зарезном фрезере-райбере 1 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне 17, расположены концентрично относительно центральной продольной оси 24 единого полого вала 7, при этом соосность центральной продольной оси 27 единого полого корпуса 6, предназначенного для зарезного фрезера-райбера 1 и проходного фрезера-райбера 2, относительно центральной продольной оси 24 единого полого вала 7 обеспечивается за счет точности расположения (минимального биения) наружных центрирующих поясов 10, 11, 12 единого полого вала 7 и внутреннего центрирующего пояса 10 в едином полом корпусе 6, показано на фиг.4, 6.
Режущие пластины 4, 5, закрепленные в проходном фрезере-райбере 2 единого полого корпуса 6 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне 17, расположены с эксцентриситетом 26 относительно собственной центральной продольной оси 27 единого полого корпуса 6, а также расположены с эксцентриситетом 26 относительно режущих пластин 4, закрепленных в зарезном фрезере-райбере 1 единого полого корпуса 6 и образующих поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне 17, показано на фиг.4, 6.
Режущие пластины 4, 5, закрепленные в проходном фрезере-райбере 2 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне 17, а также режущие пластины 4, 5, закрепленные в калибрующем фрезере-райбере 3 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне 17, расположены с одинаковым эксцентриситетом соответственно 26, 23 и оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси 24 единого полого вала 7, при этом поз.29 - кольцо для регулировки вышеуказанного расположения эксцентриситетов 26 и 23 оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси 24 единого полого вала 7, показано на фиг.4, 5, 6.
Корпус 30 калибрующего фрезера-райбера 3 выполнен с винтовыми каналами 31, единый полый корпус 6 зарезного фрезера-райбера 1 и проходного фрезера-райбера 2 выполнен с винтовыми каналами 32 для проходного фрезера-райбера 2, а режущие пластины 4, 5, закрепленные в проходном фрезере-райбере 2 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне 17, а также режущие пластины 4, 5, закрепленные в калибрующем фрезере-райбере 3 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне 17, расположены вдоль центральной продольной оси 24 единого полого вала 7 и закреплены, например, припоем из латуни Л63, в продольных пазах 33 и соответственно 34 винтовых лопастей 35 и соответственно 36, образованных вышеуказанными винтовыми каналами 31 и соответственно 32, показано на фиг.1, 3, 4, 5, 6.
Винтовые лопасти 36 проходного фрезера-райбера 2 с закрепленными в них режущими пластинами 4, 5, а также винтовые лопасти 35 калибрующего фрезера-райбера 3 с закрепленными в них режущими пластинами 4, 5, выполнены каждая с поперечной стружколомающей канавкой соответственно 37 и 38, показано на фиг.4, 5, 6.
Режущие пластины 4 в зарезном фрезере-райбере 1 скреплены с металлическими Г-образными планками 39 и образуют технологические режущие модули 40, при этом технологические режущие модули 40 закреплены в пазах 41 для зарезного фрезера-райбера 1 в едином полом корпусе 6 зарезного 1 и проходного 2 фрезеров-райберов методом пайки, например, припоем из латуни Л63, показано на фиг.3, 4, 7, 8.
Дно 42 каждого винтового канала 32 проходного фрезера-райбера 2 расположено на меньшем радиальном расстоянии 43 по сравнению с радиальным расстоянием, равным половине расстояния (диаметра) 44 до дна 45 каждой поперечной стружколомающей канавки 37, выполненной в каждой винтовой лопасти 36 проходного фрезера-райбера 2, показано на фиг.1, 4, 6.
Дно 46 каждого винтового канала 31 калибрующего фрезера-райбера 3 расположено на меньшем радиальном расстоянии 47 по сравнению с радиальным расстоянием, равным половине расстояния (диаметра) 48 до дна 49 каждой поперечной стружколомающей канавки 38, выполненной в каждой винтовой лопасти 35 калибрующего фрезера-райбера 3, показано на фиг.1, 4, 5.
Поперечные стружколомающие канавки 37, выполненные в винтовых лопастях 36 проходного фрезера-райбера 2 с закрепленными в них режущими пластинами 4, 5 расположены в одной поперечной плоскости 50, в средней части винтовых линий винтовых лопастей 36, показано на фиг.1, 4, 6.
Поперечные стружколомающие канавки 38, выполненные в винтовых лопастях 35 калибрующего фрезера-райбера 3 с закрепленными в них режущими пластинами 4, 5 расположены в одной поперечной плоскости 51 в средней части винтовых линий винтовых лопастей 35, показано на фиг.1, 4, 5.
Наружные и лобовые поверхности винтовых лопастей 35, 36 скреплены с наплавочными стрежнями 52 и соответственно 53, выполненными из дробленой крошки твердого сплава типа ВК-12 в связке на основе меди и никеля (Slimmcutt 1/16" 250gm 60/40Flux Coated), показано на фиг.1, 4, 5, 6.
Пазы 41 на лобовом торце 54 единого полого корпуса 6 зарезного 1 и проходного 2 фрезеров-райберов, предназначенные для установки и закрепления в них технологических режущих модулей 40 для зарезного фрезера-райбера 1, выполнены тупиковыми в направлении к оси вращения 27 (24) единого полого корпуса 6 и расположены параллельно радиусам 55 от оси вращения 27 (24) единого полого корпуса 6, лобовой торец 54 в центральной части вращения 27 (24) единого полого корпуса 6 выполнен сплошным, а на лобовом торце 54 единого полого корпуса 6 между режущими пластинами 4 смежной пары технологических режущих модулей 40 выполнен центральный канал 56 промывочной жидкости 22, смещенный от оси вращения 27 (24) единого полого корпуса 6, при этом поз.57 - наклонные каналы промывочной жидкости 22, расположенные между режущими пластинами 4 смежных пар технологических режущих модулей 40, показано на фиг.2, 4, 7.
Кроме того, отклоняющее клиновое устройство 18 содержит скрепленный с ней при помощи сварки радиально-упорный элемент 58 для установки с эксцентриситетом 59 зарезного фрезера-райбера 1 относительно центральной продольной оси 60 отклоняющей части 2 отклоняющего клинового устройства 18 в плоскости симметрии 61 наклонной поверхности в виде желоба 62, выполненной в отклоняющей части отклоняющего клинового устройства 18, при этом поз.63 - переводник для соединения фрезерного инструмента с колонной бурильных труб или с валом заторможенного шпинделя героторного гидравлического двигателя, показано на фиг.1, 2.
Для подготовки к работе устанавливают калибрующий фрезер-райбер 3 на едином полом валу 7 при помощи центрирующих поясов 11 и 12, жестко закрепляют при помощи резьбы 9 с заданным моментом затяжки, обеспечивают полный контакт торцов 15 и 16 фрезера-райбера 3 и единого полого вала 7.
Устанавливают единый полый корпус 6 с проходным фрезером-райбером 2 и зарезным фрезером-райбером 1 на едином полом валу 7 при помощи центрирующего пояса 10, жестко закрепляют при помощи резьбы 8 с заданным моментом затяжки, обеспечивают полный контакт торцов 14 и 13 единого полого корпуса 6 (проходного фрезера-райбера 2) и единого полого вала 7 с регулировочным кольцом 29, при этом режущие пластины 4, 5, закрепленные в проходном фрезере-райбере 2 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне 17, а также режущие пластины 4, 5, закрепленные в калибрующем фрезере-райбере 3 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне 17, располагают с одинаковым эксцентриситетом соответственно 26, 23 и оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси 24 единого полого вала 7, что обеспечивается конструкцией путем расчета и задания длины витков резьбового соединения 8 при изготовлении единого полого корпуса 6 (проходного фрезера-райбера 2) и единого полого вала 7.
Спуск фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины, содержащего отклоняющее клиновое устройство 18 с узлом его подвески на срезных болтах 19, осуществляют на колонне бурильных труб. После спуска на определенную глубину от забоя скважины компоновки колонны бурильных труб, включающей гироскопическое устройство для ориентирования по азимуту отклоняющего клинового устройства 18, в котором выполнена отклоняющая часть с наклонной поверхностью в виде желоба 62, осуществляют ориентирование в заданном направлении для вырезки окна в обсадной колонне скважины, а также осуществляют закрепление отклоняющего клинового устройства 18 на заданной глубине скважины.
После ориентирования системы осуществляют дальнейший спуск (разгрузку) отклоняющего устройства и фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины в компоновке колонны бурильных труб до упора в цементный мост в колонне обсадных труб 17 в скважине.
Далее нагрузку вниз на компоновку колонны бурильных труб увеличивают для срезания болтов 19, скрепляющих зарезной фрезер-райбер 1 с упорным элементом 58, для установки с эксцентриситетом 59 зарезного фрезера-райбера 1 относительно центральной продольной оси 60 отклоняющей части 2 отклоняющего клинового устройства 18 в плоскости симметрии 61 наклонной поверхности в виде желоба 62, выполненной в отклоняющей части отклоняющего клинового устройства 18.
Производят плавное (без импульсов) вращение компоновки колонны бурильных труб, содержащей фрезерный инструмент для вырезки окна в обсадной колонне скважины, с подачей под давлением промывочной жидкости. После выхода на заданную частоту вращения плавно прикладывают осевую нагрузку на фрезерный инструмент и производят вырезку окна в обсадной колонне скважины за один рейс бурильного инструмента.
Выполнение фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины таким образом, что режущие пластины 4, закрепленные в зарезном фрезере-райбере 1 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне 17, расположены концентрично относительно центральной продольной оси 24 единого полого вала 7, соосность центральной продольной оси 27 единого полого корпуса 6, предназначенного для зарезного фрезера-райбера 1 и проходного фрезера-райбера 2, относительно центральной продольной оси 24 единого полого вала 7 обеспечивается за счет точности расположения наружных центрирующих поясов 10, 11, 12 единого полого вала 7 и внутреннего центрирующего пояса 10 в едином полом корпусе 6, при этом режущие пластины 4, 5, закрепленные в проходном фрезере-райбере 2 единого полого корпуса 6 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне 17, расположены с эксцентриситетом 26 относительно собственной центральной продольной оси 27 единого полого корпуса 6, а также расположены с эксцентриситетом 26 относительно режущих пластин 4, закрепленных в зарезном фрезере-райбере 1 единого полого корпуса 6 и образующих поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне 17, при этом режущие пластины 4, 5, закрепленные в проходном фрезере-райбере 2 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне 17, а также режущие пластины 4, 5, закрепленные в калибрующем фрезере-райбере 3 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной колонне 17, расположены с одинаковым эксцентриситетом соответственно 26, 23 и оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси 24 единого полого вала 7, при этом корпус 30 калибрующего фрезера-райбера 3 выполнен с винтовыми каналами 31, единый полый корпус 6 зарезного фрезера-райбера 1 и проходного фрезера-райбера 2 выполнен с винтовыми каналами 32 для проходного фрезера-райбера 2, при этом винтовые лопасти 36 проходного фрезера-райбера 2 с закрепленными в них режущими пластинами 4, 5, а также винтовые лопасти 35 калибрующего фрезера-райбера 3 с закрепленными в них режущими пластинами 4, 5 выполнены каждая с поперечной стружколомающей канавкой соответственно 37 и 38, повышает надежность и эффективность режущего действия зарезной, проходной и калибрующей фрез фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины, предотвращает аварийность и снижает стоимость бурильных работ, обеспечивает чистое фрезерование с гладкими кромками, повышает точность вырезки окон в обсадных колоннах скважин за один рейс бурильного инструмента за счет разгрузки напряжений в твердосплавных пластинах, уменьшения вероятности образования пробок стружки между зубьями фрез, образующих профиль вырезаемого окна, уменьшения истирающего действия стружкой пластин из твердого сплава на фрезах, снижения вибрационных напряжений при фрезеровании и напряжений в соединениях компоновки низа бурильной колонны (КНБК), уменьшения склонности фрезеровочной КНБК к уводу "влево" (хорошее сцепление цемента или твердый пласт) и "вправо" (плохое сцепление цемента или мягкий пласт), а также предотвращения врезания в переднюю часть отклоняющего клинового устройства.