клиновой съёмный отклонитель

Формула изобретения

Клиновой съемный отклонитель, включающий направляющий клин с рабочей поверхностью, пазом, размещенным с противоположной стороны рабочей поверхности, для размещения шланга высокого давления и камерой, сообщенной со шлангом высокого давления и размещенной в нижней части клина, и узел опоры с наклонными поверхностями, сужающимися сверху вниз, под выдвижные плашки, корпусом, жестко соединенным с направляющим клином, внутренняя осевая полость которого сообщена с камерой клина, и цилиндром с поршнем, надпоршневая полость которого сообщена с полостью корпуса, отличающийся тем, что наклонные поверхности изготовлены в виде многогранной призмы, выполненной на наружной поверхности корпуса, нижняя поверхность которого выполнена цилиндрической с зафиксированным поршнем, снаружи которого размещен цилиндр, выполненный с возможностью ограниченного перемещения вверх по цилиндрической поверхности корпуса, при этом снаружи призмы с возможностью ограниченного продольного перемещения вверх и взаимодействия снизу с цилиндром размещена подпружиненная вниз полая втулка, оснащенная равномерно по периметру и высоте радиальными окнами с осями под плашки, выполненными с осевыми отверстиями с диаметром, превосходящим диаметр соответствующей оси на величину не менее максимально возможного радиального перемещения плашек, причем плашки выполнены различных диаметров, осуществляющих одновременное взаимодействие со стенками скважины при установке так, чтобы верхняя часть клина стороной, противоположной рабочей поверхности, взаимодействовала со стенкой скважины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к бурению скважин, а именно к забуриванию боковых стволов из ранее пробуренных скважин.

Известно устройство для забуривания дополнительного ствола из скважины, включающее полый корпус, отклоняющий клин и узел спуска устройства в скважину в виде надетого на клин и связанного с ним разъемным соединением кожуха, приспособленного для соединения с колонной труб (патент RU № 2006561, E21B 7/08, опубл. бюл. № 2 от 30.01.1994).

Его недостатками являются сложность конструкции из-за наличия в нем пакерного и якорного узлов, а также ненадежность, поскольку закрепление его в скважине путем резкой подачи инструмента вниз является неуправляемым процессом, а использование для этого хвостовика связано с большими затратами труб.

Наиболее близким к предлагаемому по большинству совпадающих признаков является клиновой отклонитель (патент РФ № 2166058, МПК E21B 7/08, опубл. 27.04.2001, бюл. № 9), включающий направляющий клин с рабочей поверхностью, узел опоры, снабженный цилиндром с поршнем, взаимодействующий с выдвижными распорными элементами, выполненными в виде плашек с зубьями. Узел опоры жестко соединен с направляющим клином, который имеет со стороны, противоположной рабочей поверхности, паз для размещения в нем шланга высокого давления. Узел опоры снабжен наклонными поверхностями, сужающимися сверху вниз к оси отклонителя и взаимодействующими с плашками. Верхняя часть клина закреплена срезным болтом с подвесным устройством.

Существенными недостатками являются невозможность извлечения клинового отклонителя из скважины или его разрушения после прорезания «окна» в обсадной колонне труб, а также необходимость очистки внутренней поверхности обсадной трубы до вырезания «окна». Выход плашек в радиальном направлении зависит от внутреннего диаметра обсадной трубы и связан с ходом поршня, поэтому необходимо знать точный внутренний диаметр трубы, а это дополнительный спуск-подъем измерительного инструмента.

Технические задачи - расширение применения за счет возможности многократного использования клинового отклонителя с извлечением его из скважины, а также установка клинового отклонителя без предварительной подготовки внутреннего диаметра обсадной трубы с одновременным повышением уровня надежности установки и фиксации в скважине, получение снижения времени при установке клинового отклонителя и удобства при эксплуатации.

Техническая задача решается клиновым съемным отклонителем, включающим направляющий клин с рабочей поверхностью, пазом, размещенным с противоположной стороны рабочей поверхности, для размещения шланга высокого давления и камерой, сообщенной со шлангом высокого давления и размещенной в нижней части клина, и узел опоры с наклонными поверхностями, сужающимися сверху вниз, под выдвижные плашки, корпусом, жестко соединенным с направляющим клином, внутренняя осевая полость которого сообщена с камерой клина, и цилиндром с поршнем, надпоршневая полость которого сообщена с полостью корпуса.

Новым является то, что наклонные поверхности изготовлены в виде многогранной призмы, выполненной на наружной поверхности корпуса, нижняя поверхность которого выполнена цилиндрической с зафиксированным поршнем, снаружи которого размещен цилиндр, выполненный с возможностью ограниченного перемещения вверх по цилиндрической поверхности корпуса, при этом снаружи призмы с возможностью ограниченного продольного перемещения вверх и взаимодействия снизу с цилиндром размещена подпружиненная вниз полая втулка, оснащенная равномерно по периметру и высоте радиальными окнами с осями под плашки, выполненными с осевыми отверстиями с диаметром, превосходящим диаметр соответствующей оси на величину не менее максимально возможного радиального перемещения плашек, причем плашки выполнены различных диаметров, осуществляющих одновременное взаимодействие со стенками скважины при установке так, чтобы верхняя часть клина стороной, противоположной рабочей поверхности, взаимодействовала со стенкой скважины.

На фиг.1 показан клиновой съемный отклонитель в транспортном положении с частичным продольным разрезом; на фиг.2 - сечение А-А фиг.1, на фиг.3 - сечение Б-Б фиг.1, на фиг.4 - сечение В-В фиг.1, на фиг.5 - клиновой отклонитель в скважине с частичным продольным разрезом в рабочем положении, на фиг.6 - сечение Г-Г фиг.5, на фиг.7 - сечение Д-Д фиг.5, на фиг.8 - сечение Е-Е фиг.5.

Клиновой съемный отклонитель содержит направляющий клин 1 (фиг.1) с рабочей поверхностью 2, камеру 3, соединенную шлангом 4 с полостью буровых труб (не показаны). Шланг 4 проходит в пазу 5, находящемся на стороне, противоположной рабочей поверхности 2 направляющего клина 1. Корпус 6 имеет наклонные поверхности 7, сужающиеся сверху вниз, образующие на поверхности корпуса 6 многогранную призму, которая жестко соединена с нижней частью направляющего клина 1. Выступ 8, находящийся на цилиндрической поверхности 9 корпуса 6, является поршнем и ограничителем движения вверх для цилиндра 10, образуя поршневую полость 11, сообщающуюся отверстием 12 с камерой 3. Нижняя часть цилиндра 10 имеет сужение 13. Над цилиндром 10 с возможностью перемещения расположена втулка 14 с окнами 15, в которых на осях 16 (фиг.4) закреплены плашки, выполненные в виде роликов, у которых максимальный наружный диаметр у плашки 17, расположенной в нижнем ряду со стороны, противоположной рабочей поверхности 2 клина 1. Плашка 18 (фиг.2) с минимальным наружным диаметром расположена в верхнем ряду со стороны, противоположной рабочей поверхности 2 клина 1. Остальные плашки 19 (фиг.2, 3 и 4) имеют такие наружные диаметры, при которых все плашки касаются стенок скважины одновременно, заставляя верхнюю часть клина стороной, противоположной рабочей поверхности, взаимодействовать со стенкой скважины. Диаметры отверстий 20 (фиг.4) плашек 17, 18 (фиг.2), 19 (фиг.2, 3 и 4) больше диаметра оси 16 (фиг.4) на величину, превышающую радиальный ход плашек 17, (фиг.4) 18 (фиг.2), 19 (фиг.2, 3 и 4). В нижней части корпуса 6 (фиг.1) имеются дросселирующее отверстие 21 и выступ 22, ограничивающий перемещение втулки 14 и цилиндра 10 вниз. Втулка 14 подпружинена сверху вниз пружиной 23, упирающейся в выступ 24 корпуса 6, при этом пружина 23 охватывает наклонные поверхности 7. Верхняя часть направляющего клина 1 закреплена срезным элементом 25 с подвесным устройством 26, который жестко соединен с колонной буровых труб (не показан).

Клиновой съемный отклонитель работает следующим образом.

Клиновой съемный отклонитель, подсоединенный к бурильным трубам (не показаны) посредством подвесного устройства 26 через срезной элемент 25, спускают в зону, где необходимо произвести забуривание бокового ствола из ранее пробуренной скважины 27. Во время спуска компоновка находится в транспортном положении, то есть втулка 14 с плашками 17(фиг.4), 18 (фиг.2), 19 (фиг.2, 3 и 4) под действием предварительно сжатой пружины 23 (фиг.1) опирается на верхнюю часть цилиндра 10 и охватывает нижнюю часть наклонных поверхностей 7. Разница диаметров оси 16 (фиг.4) и внутреннего диаметра 20 плашек 17, 18 (фиг.4), 19 (фиг.2, 3 и 4) обеспечивает свободное прохождение плашек 17 (фиг.4), 18 (фиг.2), 19 (фиг.2, 3 и 4) по стволу скважины 27 (фиг.1). Плашки 17 (фиг.4), 18 (фиг.2,), 19 (фиг.2, 3 и 4) не взаимодействуют с наклонными поверхностями 7 (фиг.1), так как всегда находятся в поджатом положении пружиной 23. Сужение 13 цилиндра 10 упирается в выступ 22 корпуса 6. Скважинная жидкость через дросселирующее отверстие 21, камеру 3, шланг высокого давления 4 заполняет внутреннее пространство бурильных труб (не показаны). После спуска компоновки в нужный интервал необходимо подать жидкость через колонну бурильных труб (не показана), шланг высокого давления 4, камеру 3 в дросселирующее отверстие 21. Под действием перепада давления, создаваемого благодаря дросселирующему отверстию 21 между поршневой полостью 11 и внутрискважинным пространством, жидкость посредством отверстия 12 заполняет поршневую полость 11, цилиндр 10 перемещается вверх вместе с втулкой 14, в окнах 15 которого находятся плашки 17, 18 (фиг.2), 19 (фиг.2, 3 и 4), которые входят в контакт с наклонными поверхностями 7 (фиг.1) и внутренней поверхностью стенки обсадной трубы скважины 27 (фиг.5). Плашки 17 (фиг.8), 18 (фиг.6), 19 (фиг.6,7 и 8) перемещаются в радиальном направлении за счет разницы диаметров оси 16 (фиг.8) и диаметра отверстия 20 плашек 17, 18 (фиг.6), 19 (фиг.6, 7 и 8) и вдоль оси скважины при прокатывании плашек по наклонным плоскостям 7 (фиг.5). Из-за разницы наружных диаметров плашек 17 (фиг.6) и 18 (фиг.6) возникает крутящий момент на корпус 6 (фиг.5), прижимающий верхний конец клина 1 к стенке скважины 27. Перемещение вверх цилиндра 10 (фиг.5), втулки 14 с плашками 17 (фиг.8), 18 (фиг.6), 19 (фиг.6, 7 и 8) вызывает сжатие пружины 23 (фиг.5). Перемещение вверх цилиндра 10 ограничивается упором выступа 13 цилиндра 10 в выступ 8 цилиндрической поверхности 9. Созданием осевой нагрузки на срезной элемент 25 весом колонны буровых труб (не показаны) производится одновременное заклинивание всех рядов плашек 17 (фиг.8), 18 (фиг.6), 19 (фиг.6, 7 и 8) между наклонными плоскостями 7 (фиг.5) и внутренней поверхностью стенки обсадной трубы скважины 27, обеспечивая посадку клинового отклонителя со срезанием срезного элемента 25 и шланга 4, при этом клиновой отклонитель расположен под углом к оси скважины 27. Далее райбер (не показан) перемещается по рабочей поверхности 2 клина 1 вниз, фрезеруя стенку обсадной колонны скважины 27. Под действием осевой нагрузки при прокатывании плашек 17 (фиг.8), 18 (фиг.6), 19 (фиг.6,7 и 8) по наклонным поверхностям 7 (фиг.5) с вибрацией от усилия резания стенки обсадной колонны скважины 27 обеспечивается плотная неподвижная посадка клинового отклонителя. С увеличением осевой нагрузки надежность посадки клинового отклонителя, то есть зацепление плашек 17 (фиг.8), 18 (фиг.6), 19 (фиг.6, 7 и 8) за стенки скважины 27 (фиг.5) возрастает. При необходимости извлечения клинового отклонителя из скважины после окончания работ с пробуренной дополнительной скважиной следует ловильным инструментом (например «колоколом») зацепить верхнюю часть направляющего клина 1 (фиг.5) и потянуть его вверх. Вследствие движения вверх наклонных поверхностей 7 корпуса 6 плашки 17 (фиг.8), 18 (фиг.6), 19 (фиг.6, 7 и 8) будут катиться по внутренней поверхности стенки обсадной трубы скважины 27 (фиг.5) и по наклонным поверхностям 7 корпуса 6, при этом произойдет расклинивание плашек 17 (фиг.4), 18 (фиг.2), 19 (фиг.2, 3 и 4), которые с втулкой 14 (фиг.3) под действием сжатой пружины 23, опирающейся на выступ 24 корпуса 6, переместятся вместе с цилиндром 10 (фиг.1) вниз до упора выступа 22 в выступ 8 цилиндрической поверхности 9, то есть компоновка находится в транспортном положении для извлечения из скважины 27.

Надежность установки клинового съемного отклонителя обеспечивается заклиниванием плашек между стенкой скважины и наклонными поверхностями корпуса с одновременным принудительным прижатием верхнего конца отклонителя к стенке скважины стороной противоположной рабочей поверхности клинового отклонителя. Экономия материала, энергии, трудозатрат и времени достигается при строительстве скважин многократным использованием одного комплекта клинового съемного отклонителя предлагаемой конструкции. Шланг и срезной элемент являются расходным материалом при установке клинового съемного отклонителя. При установке клинового съемного отклонителя применяется всего один срезной элемент, усилие срезания которого может варьировать в широком диапазоне. Срезной элемент служит только для доставки клинового съемного отклонителя в интервал вырезания окна, а по изменению веса колонны бурильных труб и скачка давления жидкости в нем вследствие среза шланга высокого давления контролируют установку клинового съемного отклонителя. С применением клинового съемного отклонителя предлагаемой конструкции при строительстве многозабойных скважин основной ствол оставляется открытым, что позволяет вести добычу одновременно с основного и со всех дополнительных стволов.