ФРЕЗЕРНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ВЫРЕЗКИ ОКНА В ОБСАДНОЙ ТРУБЕ СКВАЖИНЫ
MILLING TOOL FOR CUTOUT OF WINDOW IN WELL CASING PIPE

Изобретение относится к буровой технике, а именно к фрезерным инструментам для вырезки окон в обсадных трубах бездействующих или малодебитных скважин с целью последующего бурения боковых стволов для добычи нефти через окна в стенках обсадных труб.
Известен фрезерный инструмент для вырезки окна в обсадной трубе скважины, состоящий из корпуса, множества лопастей на корпусе с радиально исходящими отверстиями между лопастями и продольно исходящими отверстиями между лопастями, и множества вставок, закрепленных в лопастях, каждая из вставок состоит из опорного элемента и слоя режущего материала из синтетических алмазов на режущем торце опорного элемента для вырезки окна в стенке обсадной трубы и для бурения пласта, прилегающего к скважине (US 6612383, 2.09.2003).
Недостатком известного фрезерного инструмента является неполная возможность повышения ресурса и надежности, снижения аварийности и стоимости бурильных работ вследствие хрупкости и низкой ударной прочности слоя режущего материала из поликристаллических алмазов PDC (Polycrystalline Diamond Compakt) на режущих торцах опорных элементов, высокой стоимости фрезерного инструмента, неполной возможности предотвращения выкрашивания поликристаллических алмазов режущих вставок в опорных элементах, установленных в лопастях, повышенных циклических ударных нагрузок и вибраций, неполной возможности равномерного износа слоя режущего материала и высокой вероятности образования пробок стружки между лопастями при вырезке окна в обсадной трубе скважины, что повышает вероятность поломки фрезерного инструмента при проходке скважины за один рейс для чистого фрезерования окна с гладкими кромками в обсадной трубе.
Другим недостатком известного фрезерного инструмента является склонность компоновки низа бурильной колонны к уводу "влево" (хорошее сцепление цемента или твердый пласт) и к уводу "вправо" (плохое сцепление цемента или мягкий пласт) при вырезке окна в обсадной трубе скважины и для бурения пласта, прилегающего к скважине.
Известен фрезерный инструмент для вырезки окна в обсадной трубе скважины, содержащий корпус, направляющий фрезер на корпусе, множество винтовых лопастей на корпусе, режущие элементы, покрывающие режущие поверхности направляющего фрезера и винтовых лопастей на корпусе, образующих несколько расположенных друг за другом фрезеров-райберов выше по стволу скважины от направляющего фрезера, наружные диаметры винтовых лопастей на корпусе с режущими элементами, покрывающими режущие поверхности винтовых лопастей на корпусе, расположены концентрично относительно наружного диаметра направляющего фрезера, корпус имеет резьбу для передачи вращающего момента от колонны бурильных труб, диаметр направляющего фрезера составляет от 50% до 75% финального диаметра фрезера-райбера, расположенного выше по стволу скважины относительно других фрезеров-райберов, а диаметр каждого фрезера-райбера, расположенного ниже финального диаметра фрезера-райбера, по меньшей мере, на 5% меньше диаметра расположенного выше фрезера-райбера (US 5445222, 29.08.1995).
Недостатком известного фрезерного инструмента является неполная возможность повышения ресурса и надежности, снижения аварийности и стоимости бурильных работ, что объясняется неполной возможностью предотвращения выкрашивания и сколов первого ряда режущих элементов на винтовых лопастях фрезеров-райберов вследствие концентричного расположения режущих элементов на режущей поверхности при заходе в прорезанное направляющим фрезером окно, повышенных циклических ударных нагрузок и вибраций, неравномерного износа режущих элементов и высокой вероятности образования пробок стружки между винтовыми лопастями, что повышает вероятность поломки фрезерного инструмента при проходке скважины за один рейс для чистого фрезерования окна с гладкими кромками в обсадной трубе.
Другим недостатком известного фрезерного инструмента является склонность компоновки низа бурильной колонны к уводу "влево" (хорошее сцепление цемента или твердый пласт) и к уводу "вправо" (плохое сцепление цемента или мягкий пласт) при вырезке окна в обсадной трубе скважины и для бурения пласта, прилегающего к скважине.
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 известного фрезерного инструмента является неполная возможность повышения ресурса и надежности, снижения стоимости бурильных работ вследствие повышенных циклических ударных нагрузок и вибраций, высокой вероятности образования пробок стружки между лопастями и зубьями фрез, образующими профиль вырезаемого окна, неполной возможности предотвращения выкрашивания и сколов первого ряда режущих пластин из твердого сплава при заходе в прорезанное окно калибрующего фрезера-райбера, а также уменьшения истирающего действия стружкой режущих пластин, что повышает вероятность прихвата и поломки фрезерного инструмента при проходке скважины за один рейс для чистого фрезерования окна с гладкими кромками в обсадной трубе.
Другим недостатком известного фрезерного инструмента является склонность компоновки низа бурильной колонны к уводу "влево" (хорошее сцепление цемента или твердый пласт) и к уводу "вправо" (плохое сцепление цемента или мягкий пласт) при вырезке окна в обсадной трубе скважины и для бурения пласта, прилегающего к скважине.
Известна компоновка для вырезания 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, 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 известного фрезерного инструмента является неполная возможность повышения ресурса и надежности, снижения стоимости бурильных работ вследствие неполной возможности снижения циклических ударных нагрузок и вибраций, снижения напряжений в соединениях компоновки низа бурильной колонны, высокой вероятности образования пробок стружки между зубьями фрез, образующими профиль вырезаемого окна, предотвращения выкрашивания и сколов первого ряда режущих пластин при заходе в прорезанное окно калибрующего фрезера-райбера, а также неполной возможности уменьшения истирающего действия стружкой режущих пластин и образования равномерной стружки по количеству и размерам, что повышает вероятность прихвата и поломки фрезерного инструмента при проходке скважины за один рейс для чистого фрезерования окна с гладкими кромками в обсадной трубе.
Другим недостатком известной конструкции является склонность компоновки низа бурильной колонны к уводу "влево" (хорошее сцепление цемента или твердый пласт) и к уводу "вправо" (плохое сцепление цемента или мягкий пласт) при вырезке окна в обсадной трубе скважины и для бурения пласта, прилегающего к скважине.
Наиболее близким к заявляемой конструкции является фрезерный инструмент для вырезки окна в обсадной колонне скважины, содержащий зарезной, проходной и калибрующий фрезеры-райберы с закрепленными в них режущими пластинами из твердого сплава, зарезной и проходной фрезеры-райберы выполнены в виде единого полого корпуса, зарезной, проходной и калибрующий фрезеры-райберы жестко закреплены на едином полом валу при помощи резьбы, центрирующих поясов и контактирующих друг с другом торцов фрезеров-райберов и единого полого вала, 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, 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, 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 (RU 2399747 С1, 20.09.2010).
Недостатком известного фрезерного инструмента является неполная возможность повышения ресурса и надежности, снижения стоимости бурильных работ вследствие неполной возможности снижения циклических ударных нагрузок и вибраций, снижения напряжений в соединениях компоновки низа бурильной колонны (КНБК), предотвращения выкрашивания и сколов первого ряда режущих пластин калибрующего фрезера-райбера при заходе в прорезанное окно, высокой вероятности образования пробок стружки между зубьями фрез, образующих профиль вырезаемого окна, а также неполная возможность уменьшения истирающего действия стружкой режущих пластин на фрезах, обеспечения равномерного износа режущих пластин, образования равномерной стружки по количеству и размерам, уменьшения склонности фрезерной КНБК к уводу "влево" (хорошее сцепление цемента или твердый пласт) и "вправо" (плохое сцепление цемента или мягкий пласт).
Другим недостатком известной конструкции является неполная возможностью упрощения конструкции и снижения стоимости фрезерного инструмента, по существу, для обеспечения расположения режущих пластин, закрепленных в проходном фрезере-райбере, а также режущих пластин, закрепленных в калибрующем фрезере-райбере, с одинаковым эксцентриситетом и оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси единого полого вала.
Например, в известной конструкции 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 оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси 24 единого полого вала 7, что усложняет конструкцию, не обеспечивает возможности повышения ресурса и надежности, снижения аварийности (отворачивания резьбовых соединений в скважине) и стоимости бурильных работ.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - повышение ресурса и надежности, предотвращение аварийности и снижение стоимости бурильных работ, обеспечение чистого фрезерования с гладкими кромками, повышение точности вырезки окна в обсадной трубе скважины за один рейс фрезерного инструмента за счет снижения циклических ударных нагрузок и вибраций, снижения напряжений в соединениях компоновки низа бурильной колонны, предотвращения выкрашивания и сколов первого ряда режущих пластин из твердого сплава калибрующего фрезера-райбера при заходе в прорезанное окно, уменьшения вероятности образования пробок стружки между зубьями фрез, образующих профиль вырезаемого окна, уменьшения истирающего действия стружкой режущих пластин на фрезах, обеспечения равномерного износа режущих пластин и равномерной стружки по количеству и размерам, уменьшения склонности фрезерной компоновки низа бурильной колонны к уводу "влево" (хорошее сцепление цемента или твердый пласт) и "вправо" (плохое сцепление цемента или мягкий пласт).
Сущность технического решения достигается тем, что во фрезерном инструменте для вырезки окна в обсадной трубе скважины, содержащем зарезной, проходной и калибрующий фрезеры-райберы с закрепленными в них режущими пластинами, зарезной и проходной фрезеры-райберы выполнены в виде полого корпуса, калибрующий фрезер-райбер закреплен на полом валу, режущие пластины, закрепленные в зарезном фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной трубе, расположены концентрично относительно центральной продольной оси полого вала, режущие пластины, закрепленные в проходном и калибрующем фрезерах-райберах и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной трубе, расположены с одинаковым эксцентриситетом и оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси полого вала, корпус калибрующего фрезера-райбера выполнен с винтовыми каналами, полый корпус зарезного и проходного фрезеров-райберов выполнен с винтовыми каналами для проходного фрезера-райбера, при этом режущие пластины, закрепленные в проходном фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной трубе, а также режущие пластины, закрепленные в калибрующем фрезере-райбере и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной трубе, расположены вдоль центральной продольной оси полого вала и закреплены в продольных пазах винтовых лопастей, образованных вышеуказанными винтовыми каналами, а винтовые лопасти проходного и, соответственно, калибрующего фрезера-райбера с закрепленными в них режущими пластинами выполнены каждая с поперечной стружколомающей канавкой, согласно изобретению корпус калибрующего фрезера-райбера, полый вал калибрующего фрезера-райбера и полый корпус зарезного и проходного фрезеров-райберов выполнены в виде единого полого остова, при этом сумма наибольших эксцентриситетов режущих пластин, закрепленных в продольных пазах винтовых лопастей калибрующего и соответственно проходного фрезеров-райберов, образующих поверхности вырезаемого окна в обсадной трубе, равна разности радиусов режущих пластин калибрующего и проходного фрезеров-райберов относительно их собственных продольных центральных осей, расположенных оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси единого полого остова.
Винтовые каналы проходного и калибрующего фрезеров-райберов, предназначенные для отвода стружки, направлены в окружном направлении в сторону противоположную направлению вращения при вырезке окна в обсадной трубе скважины.
Выполнение фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной трубе скважины таким образом, что корпус калибрующего фрезера-райбера, полый вал калибрующего фрезера-райбера и полый корпус зарезного и проходного фрезеров-райберов выполнены в виде единого полого остова, при этом сумма наибольших эксцентриситетов режущих пластин, закрепленных в продольных пазах винтовых лопастей калибрующего и соответственно проходного фрезеров-райберов, образующих поверхности вырезаемого окна в обсадной трубе, равна разности радиусов режущих пластин калибрующего и проходного фрезеров-райберов относительно их собственных продольных центральных осей, расположенных оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси единого полого остова, повышает ресурс и надежность, предотвращает аварийность (отворачивание резьбовых соединений в скважине) и снижает стоимость бурильных работ, обеспечивает чистое фрезерование с гладкими кромками, повышает точность вырезки окна в обсадной трубе скважины за один рейс фрезерного инструмента за счет снижения циклических ударных нагрузок и вибраций, снижения напряжений в соединениях компоновки низа бурильной колонны, предотвращения выкрашивания и сколов первого ряда режущих пластин из твердого сплава калибрующего фрезера-райбера при заходе в прорезанное окно, уменьшения вероятности образования пробок стружки между лопастями и зубьями фрез, образующих профиль вырезаемого окна, уменьшения истирающего действия стружкой режущих пластин на фрезах, обеспечения равномерного износа режущих пластин, образования равномерной стружки по количеству и размерам, уменьшения склонности фрезерной компоновки низа бурильной колонны к уводу "влево" (хорошее сцепление цемента или твердый пласт) и "вправо" (плохое сцепление цемента или мягкий пласт).
Выполнение корпуса калибрующего фрезера-райбера, полого вала калибрующего фрезера-райбера и полого корпуса зарезного и проходного фрезеров-райберов в виде единого полого остова упрощает конструкцию и обеспечивает экономические преимущества за счет устранения резьбовых соединений, обеспечивает многократную замену и восстановление режущих пластин из твердого сплава за счет газовой наплавки, например, из дробленой крошки твердого сплава типа ВК-12 в связке на основе меди и никеля (Slimmcutt 1/16" 250gm 60/40Flux Coated), устраняет регулировку оппозитного расположения калибрующего и проходного фрезеров-райберов с одинаковым эксцентриситетом, предотвращает аварийность (отворачивание резьбовых соединений в скважине) и снижает стоимость бурильных работ.
При этом сумма наибольших эксцентриситетов режущих пластин, закрепленных в продольных пазах винтовых лопастей калибрующего и соответственно проходного фрезеров-райберов, образующих поверхности вырезаемого окна в обсадной трубе, равна разности радиусов режущих пластин калибрующего (с максимальным диаметром) и проходного (с уменьшенным диаметром) фрезеров-райберов относительно их собственных продольных центральных осей, расположенных оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси единого полого остова.
При выполнении фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной трубе скважины таким образом, что винтовые каналы проходного и калибрующего фрезеров-райберов, предназначенные для отвода стружки, направлены в окружном направлении в сторону противоположную направлению вращения при вырезке окна в обсадной трубе скважины, образуется равномерная стружка и обеспечивается равномерный износ режущих пластин, уменьшается истирающее действие стружкой режущих пластин из твердого сплава, предотвращается выдавливание и разрыв стенок обсадной трубы, уменьшаются вибрационные напряжения при фрезеровании и напряжения в соединениях компоновки низа бурильной колонны, а также уменьшается склонность фрезерной компоновки низа бурильной колонны к уводу "влево" (хорошее сцепление цемента или твердый пласт) и "вправо" (плохое сцепление цемента или мягкий пласт) при вырезке окна в обсадной трубе скважины.
Ниже представлен фрезерный инструмент для вырезки окна в обсадной колонне из труб диаметром 146 мм по ГОСТ 632-80 и API Spec 5 СТ, толщина стенки трубы от 6,5 до 10,7 мм.
На фиг.1 показан общий вид фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной трубе скважины и отклоняющее клиновое устройство с узлом подвески.
На фиг.2 показан разрез А-А на фиг.1 поперек отклоняющей части клинового устройства и скрепленного с ним радиально-упорного элемента для установки с эксцентриситетом зарезного фрезера-райбера.
На фиг.3 показан фрезерный инструмент для вырезки окна в обсадной трубе скважины, содержащий зарезной, проходной и калибрующий фрезеры-райберы с режущими пластинами из твердого сплава.
На фиг.4 показан продольный разрез фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной трубе скважины, содержащего зарезной, проходной и калибрующий фрезеры-райберы с режущими пластинами из твердого сплава.
На фиг.5 показан разрез Б-Б на фиг.4 поперек калибрующего фрезера-райбера.
На фиг.6 показан разрез В-В на фиг.4 поперек режущих пластин, закрепленных в продольных углублениях передней по оси части калибрующего модуля.
На фиг.7 показан разрез Г-Г на фиг.4 поперек проходного фрезера-райбера.
На фиг.8 показан вид Д на фиг.4 на пазы на торце зарезного фрезера-райбера, предназначенные для закрепления технологических режущих модулей (технологические режущие модули не показаны).
На фиг.9 показан один из технологических режущих модулей для зарезного фрезера-райбера.
На фиг.10 показан элемент I на фиг.4 режущей пластины калибрующего фрезера-райбера.
Фрезерный инструмент для вырезки окна в обсадной трубе скважины содержит зарезной фрезер-райбер 1, проходной фрезер-райбер 2 и калибрующий фрезер-райбер 3 с закрепленными в них режущими круглыми пластинами 4 (В35-12114-150400 ГОСТ 19071-80) и режущими квадратными пластинами 5 (Н30-03114-150412 ГОСТ 19052-80) из твердого сплава типа ВК-12, показано на фиг.1, 2, 3, 4.
Зарезной фрезер-райбер 1 и проходной фрезер-райбер 2 выполнены в виде полого корпуса 6, калибрующий фрезер-райбер 3 закреплен на полом валу 7, режущие пластины 4, закрепленные в зарезном фрезере-райбере 1 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной трубе, расположены концентрично относительно центральной продольной оси 8 полого вала 7, режущие пластины 4, 5, закрепленные в проходном фрезере-райбере 2, а также режущие пластины 4, 5, закрепленные в калибрующем фрезере-райбере 3 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной трубе, расположены с одинаковым эксцентриситетом 9, Е и соответственно 10, E1 и оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси 8 полого вала 7, показано на фиг.1, 2, 3, 4.
Корпус 11 калибрующего фрезера-райбера 3 выполнен с винтовыми каналами 12, полый корпус 6 зарезного и проходного фрезеров-райберов, соответственно 1 и 2 выполнен с винтовыми каналами 13 для проходного фрезера-райбера 2, при этом режущие пластины 4, 5, закрепленные: в проходном фрезере-райбере 2 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной трубе, а также режущие пластины 4, 5, закрепленные в калибрующем фрезере-райбере 3 и образующие поверхность вырезаемого окна в обсадной трубе, расположены вдоль (параллельно) центральной продольной оси 8 полого вала 7 и закреплены, например, припоем Л63 в продольных пазах 14 и соответственно 15 винтовых лопастей 16 и 17, образованных вышеуказанными винтовыми каналами 13 и соответственно 12, показано на фиг.5, 6, 7.
Винтовые лопасти 16 проходного фрезера-райбера 2 с закрепленными в них режущими пластинами 4, 5, а также винтовые лопасти 17 калибрующего фрезера-райбера 3 с закрепленными в них режущими пластинами 4, 5, выполнены каждая с поперечной стружколомающей канавкой, соответственно 18 и 19, показано на фиг.1, 4, 5, 6, 7.
Корпус 11 калибрующего фрезера-райбера 3, полый вал 7 калибрующего фрезера-райбера 3 и полый корпус 6 зарезного и проходного фрезеров-райберов, соответственно 1 и 2 выполнены в виде единого полого остова 20 из одного материала, например, из стали 40ХН2МА, ГОСТ 4543-71, при этом центральная продольная ось 8 полого вала 7 является и центральной продольной осью единого полого остова 20, показано на фиг.1, 4.
При этом сумма максимального эксцентриситета 9, Е режущих пластин 4, 5, закрепленных в продольных пазах 15 винтовых лопастей 17 калибрующего фрезера-райбера 3, образующих поверхности вырезаемого окна в обсадной трубе, и максимального эксцентриситета 10, E1 режущих пластин 4, 5, закрепленных в продольных пазах 14 винтовых лопастей 16 проходного фрезера-райбера 2, образующих поверхности вырезаемого окна в обсадной трубе, равна разности между радиусом 21, R (максимальным финальным радиусом R) режущих пластин 4, 5 калибрующего фрезера-райбера 3 относительно собственной продольной центральной оси 22 и радиусом 23, R1 (меньшим радиусом R1) режущих пластин 4, 5 проходного фрезера-райбера 2 относительно собственной продольной центральной оси 24.
Например, максимальный эксцентриситет 9, Е режущих пластин 4, 5, закрепленных в продольных пазах 15 винтовых лопастей 17 калибрующего фрезера-райбера 3, равен 1,5 мм, максимальный эксцентриситет 10, E1 режущих пластин 4, 5, закрепленных в продольных пазах 14 винтовых лопастей 16 проходного фрезера-райбера 2, также равен 1,5 мм, при этом сумма максимального эксцентриситета 9, Е режущих пластин 4, 5, закрепленных в продольных пазах 15 винтовых лопастей 17 калибрующего фрезера-райбера 3, и максимального эксцентриситета 10, E1 режущих пластин 4, 5, закрепленных в продольных пазах 14 винтовых лопастей 16 проходного фрезера-райбера 2, равна разности между финальным радиусом 21, R (диаметр Д=124 мм) режущих пластин 4, 5 калибрующего фрезера-райбера 3 относительно собственной продольной центральной оси 22 и радиусом 23, R1 (диаметр Д1=118 мм) режущих пластин 4, 5 проходного фрезера-райбера 2 относительно собственной продольной центральной оси 24, при этом вышеуказанные собственные продольные центральные оси 22 и 24 расположены оппозитно по разные стороны относительно центральной продольной оси 8 единого полого остова 20, показано на фиг.1, 4, 5, 6, 7.
Винтовые каналы 13 проходного фрезера-райбера 2, а также винтовые каналы 12 калибрующего фрезера-райбера 3, предназначенные для отвода стружки, направлены в окружном направлении против часовой стрелки (левого вращения) в сторону противоположную направлению вращения 25 (правого вращения) фрезерного инструмента, скрепленного переводником 26 с вращающейся бурильной колонной при вырезке окна в обсадной трубе 27 скважины, показано на фиг.1, 2, 3, 5, 7.
Фрезерный инструмент для вырезки окна в обсадной трубе 27 скважины содержит также отклоняющее клиновое устройство 28 с узлом его подвески на срезных болтах 29, в едином полом остове 20 выполнен центральный канал 30 и наклонные каналы 31 для промывочной жидкости 32 (бурового раствора), показано на фиг.1, 2, 4, 8.
Отклоняющее клиновое устройство 28 содержит скрепленный при помощи сварки радиально-упорный элемент 32 для установки с эксцентриситетом 33 зарезного фрезера-райбера 1 относительно центральной продольной оси 34 отклоняющего клинового устройства 28 в плоскости симметрии 35 наклонной поверхности в виде желоба 36, выполненной в отклоняющей части отклоняющего клинового устройства 28, показано на фиг.1, 2.
В передней по оси 8 части 37 (цилиндрического утолщения) единого полого остова 20 перед винтовыми лопастями 17 калибрующего модуля 3 выполнены продольные углубления 38, совпадающие в окружном положении с продольными пазами 12 винтовых лопастей 17, при этом в каждом продольном углублении 38 единого полого остова 20 закреплена лобовая режущая круглая пластина 39 (В35-12114-150400 ГОСТ 19071-80) с выступом 40 над наружной поверхностью 41 передней по оси 8 части 37 единого полого остова 20 перед винтовыми лопастями 17, а также с выступом 42 над лобовой поверхностью 43 винтовой лопасти 17 калибрующего фрезера-райбера 3, показано на фиг.3, 4, 5, 6, 10.
Поперечные стружколомающие канавки 18 в винтовых лопастях 16 проходного фрезера-райбера 2 с закрепленными в них режущими пластинами 4, 5 расположены в одной поперечной плоскости 44, в средней части винтовых линий винтовых лопастей 16, показано на фиг.1, 3, 4, 7.
Поперечные стружколомающие канавки 19 в винтовых лопастях 17 калибрующего фрезера-райбера 3 с закрепленными в них режущими пластинами 4, 5 расположены в одной поперечной плоскости 45, в средней части винтовых линий винтовых лопастей 17, показано на фиг.1, 3, 4, 5.
Наружные и лобовые поверхности винтовых лопастей 16, 17 скреплены с наплавочными стрежнями 46 и соответственно 47, 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, 7.
Режущие пластины 4 в зарезном фрезере-райбере 1 скреплены с металлическими Г-образными планками 48 и образуют технологические режущие модули 49, закрепленные в пазах 50 для зарезного фрезера-райбера 1 в едином полом остове 20, методом пайки, например, припоем из латуни Л63, показано на фиг.2, 4, 8, 9.
Пазы 50 на лобовом торце 51 зарезного фрезера-райбера 1 в едином полом остове 20 выполнены тупиковыми в направлении к оси вращения 8 единого полого остова 20 и расположены параллельно радиусам 52 от оси вращения 8 единого полого остова 20, лобовой торец 51 в центральной части вращения выполнен сплошным, а на лобовом торце 51 зарезного фрезера-райбера 1 между режущими пластинами 4 смежной пары технологических режущих модулей 49 выполнен центральный канал 53 для выхода промывочной жидкости 32, смещенный от оси вращения 8 единого полого остова 20, при этом поз.54 -наклонные каналы для выхода промывочной жидкости 32, расположенные между режущими пластинами 4 смежных пар технологических режущих модулей 49, показано на фиг.2, 4, 8.
Фрезерный инструмент и устройство для вырезки окна в обсадной колонне скважины используют следующим образом. Собранное, как показано на фиг.1, отклоняющее устройство 28 для вырезки окна в обсадной трубе 27 скважины, подвешенное на двух срезных винтах 29 на фрезерном инструменте в составе колонны бурильных труб с переводником 26, спускают в скважину в заданный интервал вырезки бокового окна в обсадной трубе 27. При спуске бурильной колонны с фрезерным инструментом и устройством для вырезки окна в обсадной трубе 27 скважины производят промывку буровым раствором 32 скважины от нефтепарафиновых отложений.
При промывке скважины во время спуска поток бурового раствора 29 из колонны бурильных труб 27 в скважину проходит под давлением через внутреннюю полость 30 единого полого остова 20 и выходит через отверстия 31, 54 на лобовом торце 51 зарезного фрезера-райбера 1, показано на фиг.1, 2, 4, 8.
После спуска на определенную глубину скважины отклоняющее клиновое устройство 28, содержащее радиально-упорный элемент 32 для установки с эксцентриситетом 33 зарезного фрезера-райбера 1 относительно центральной продольной оси 34 отклоняющего клинового устройства 28 в плоскости симметрии 35 наклонной поверхности 36 в виде желоба, выполненной в отклоняющей части отклоняющего клинового устройства 28, в составе колонны бурильных труб с переводником 26, ориентируют по азимуту расположением наклонной поверхности 36 в виде желоба в отклоняющем клине отклоняющего клинового устройства 28 при помощи телеметрической системы с гидравлическим каналом связи.
После ориентирования компоновки низа бурильной колонны осуществляют гидравлическое крепление отклоняющего клина 28 отклоняющего устройства и фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины за счет перепада давления бурового раствора с заданным расходом в сопловом жиклере (не показанном) с центральным каналом в узле отклоняющего клина 28.
Увеличивают нагрузку вниз на компоновку колонны бурильных труб для срезания болтов 29, скрепляющих зарезной фрезер-райбер 1 с упорным элементом 32 для установки с эксцентриситетом 33 зарезного фрезера-райбера 1 относительно центральной продольной оси 34 отклоняющей части отклоняющего клинового устройства 28 в плоскости симметрии 35 наклонной поверхности 36 в виде желоба, выполненной в отклоняющей части отклоняющего клинового устройства 28.
Производят роторное вращение колонны бурильных труб, содержащей фрезерный инструмент для вырезки окна в обсадной трубе скважины, с подачей под давлением промывочной жидкости 32. После выхода на заданную частоту вращения плавно прикладывают осевую нагрузку на фрезерный инструмент и производят вырезку окна в обсадной трубе 27 скважины за один рейс фрезерного инструмента.
При выполнении фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины таким образом, что винтовые каналы 13 проходного фрезера-райбера 2, а также винтовые каналы 12 калибрующего фрезера-райбера 3, предназначенные для отвода стружки, направлены в окружном направлении в сторону противоположную направлению вращения 25 фрезерного инструмента, скрепленного переводником 26 с вращающейся бурильной колонной, образуется равномерная стружка и обеспечивается равномерный износ режущих пластин 4, 5, уменьшается истирающее действие стружкой режущих пластин 4, 5, предотвращается выдавливание и разрыв стенок обсадной трубы 27, уменьшаются вибрационные напряжения при фрезеровании и напряжения в соединениях компоновки низа бурильной колонны.
При выполнении фрезерного инструмента для вырезки окна в обсадной колонне скважины таким образом, что корпус 11 калибрующего фрезера-райбера 3, полый вал 7 калибрующего фрезера-райбера 3 и полый корпус 6 зарезного и проходного фрезеров-райберов, соответственно 1 и 2 выполнены в виде единого полого остова 20, при этом сумма максимального эксцентриситета 9, Е режущих пластин 4, 5, закрепленных в продольных пазах 15 винтовых лопастей 17 калибрующего фрезера-райбера 3, образующих поверхности вырезаемого окна в обсадной трубе, и максимального эксцентриситета 10, E1 режущих пластин 4, 5, закрепленных в продольных пазах 14 винтовых лопастей 16 проходного фрезера-райбера 2, образующих поверхности вырезаемого окна в обсадной трубе, равна разности между радиусом 21, R режущих пластин 4, 5 калибрующего фрезера-райбера 3 относительно собственной продольной центральной оси 22 и радиусом 23, R1 режущих пластин 4, 5 проходного фрезера-райбера 2 относительно собственной продольной центральной оси 24, повышаются ресурс и надежность, снижается стоимость бурильных работ, обеспечивается чистое фрезерование с гладкими кромками, повышается точность вырезки окна в обсадной трубе скважины за один рейс фрезерного инструмента за счет снижения циклических ударных нагрузок и вибраций, снижения напряжений в соединениях компоновки низа бурильной колонны, предотвращения выкрашивания и сколов первого ряда режущих пластин калибрующего фрезера-райбера при заходе в прорезанное окно, уменьшения вероятности образования пробок стружки между лопастями и зубьями фрез, образующих профиль вырезаемого окна, уменьшения истирающего действия стружкой режущих пластин на фрезах, обеспечения равномерного износа режущих пластин, образования равномерной стружки по количеству и размерам, а также за счет уменьшения склонности фрезерной компоновки низа бурильной колонны к уводу "влево" (хорошее сцепление цемента или твердый пласт) и "вправо" (плохое сцепление цемента или мягкий пласт).