RU2404352C1

RU2404352C1 - Hinged wedge-shaped diverter

Info

Publication number: RU2404352C1
Application number: RU2009147847/03A
Authority: RU
Inventors: Олег Игоревич Фуфачев (RU); Олег Игоревич Фуфачев; Владимир Васильевич Ветошкин (RU); Владимир Васильевич Ветошкин; Юрий Арсеньевич Коротаев (RU); Юрий Арсеньевич Коротаев; Сергей Германович Трапезников (RU); Сергей Германович Трапезников; Родион Петрович Сударев (RU); Родион Петрович Сударев
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент"
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2010-11-20

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: hinged wedge-shaped diverter includes diverting wedge, fixing mechanism of diverter in well, extension-type die and shearing bolt. Hinged assembly is installed in hinged wedge-type diverter between diverting wedge and fixing mechanism. It includes rigidly connected axis, rotation limiter of diverting wedge, which is installed on axis with possibility of oscillatory motion, in upper part rigidly attached to diverting wedge, and in lower part it is made in the form of cone not coaxial with diverting wedge, sliding retaining device equipped with taper bore, interacting with cone part of rotation limiter of diverting wedge at shear of shearing bolt.

EFFECT: best passing ability via well with small curvature radius.

4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для увеличения проходного сечения для инструмента при прорезании окна в эксплуатационной колонне, проводке второго ствола и подземного оборудования при дальнейшей эксплуатации скважины.The present invention relates to drilling equipment and can be used to increase the bore for the tool when cutting a window in the production casing, wiring the second barrel and underground equipment during further operation of the well.

Известен клиновой отклонитель (Патент РФ №2148697), содержащий отклоняющий клин с рабочей поверхностью в виде наклонного желоба, механизм фиксации отклонителя в скважине при помощи выдвижной плашки, шарнир, выполненный в виде полумуфты, имеющей неупругую и упругую часть. Неупругая часть полумуфты жестко соединена с отклоняющим клином, а упругая часть полумуфты расположена в корпусе механизма фиксации с возможностью качательного движения по поверхности пальца, соединяющего их. Механизм фиксации отклонителя в скважине выполнен в виде цилиндрического корпуса, расположенного в нем опорного клина, по наклонной рабочей поверхности которого установлена выдвижная плашка и упругая часть полумуфты. Опорный клин, корпус механизма фиксации и упругая часть полумуфты соединены срезным болтом. При упоре устройства на забой срезается болт, опорный клин задвигается в корпус механизма фиксации, по его рабочей наклонной поверхности скользит выдвижная плашка, фиксируя устройство в скважине, и упругая часть полумуфты, поджимая отклоняющий клин к стенкам скважины. Известный отклонитель является наиболее близким техническим решением к предлагаемому, и поэтому выбран за прототип.A wedge diverter is known (RF Patent No. 2148697), comprising a deflecting wedge with a working surface in the form of an inclined groove, a mechanism for fixing the diverter in the well with a retractable die, a hinge made in the form of a half coupling having an inelastic and elastic part. The inelastic part of the coupling half is rigidly connected to the deflecting wedge, and the elastic part of the coupling half is located in the housing of the locking mechanism with the possibility of rocking motion on the surface of the finger connecting them. The deflector fixing mechanism in the well is made in the form of a cylindrical body, a support wedge located in it, along the inclined working surface of which a retractable die and the elastic part of the coupling half are installed. The support wedge, the housing of the locking mechanism and the elastic part of the coupling half are connected by a shear bolt. When the device rests on the bottom, a bolt is cut off, the support wedge is retracted into the body of the locking mechanism, a sliding die slides along its working inclined surface, fixing the device in the well, and the elastic part of the coupling half, pressing the deflecting wedge against the walls of the well. Known diverter is the closest technical solution to the proposed, and therefore selected for the prototype.

Недостатком прототипа является недостаточная проходимость по скважине с малым радиусом искривления. При прохождении отклонителя по такой скважине при чрезмерном изгибе устройства в упругой части полумуфты может возникнуть пластическая деформация, нарушив угол рабочей отклоняющей поверхности отклоняющего клина в зафиксированном положении устройства.The disadvantage of the prototype is the lack of patency in the well with a small radius of curvature. When the diverter passes through such a well with excessive bending of the device in the elastic part of the coupling half, plastic deformation can occur, violating the angle of the working deflecting surface of the deflecting wedge in the fixed position of the device.

Другим недостатком известного отклонителя является то, что корпус механизма фиксации, упругая часть полумуфты и опорный клин соединены одним срезным болтом. При прохождении отклонителя в скважине с малым радиусом искривления на срезной болт действуют большая растягивающая сила от изгиба отклонителя и срезающая сила от действия сил трения опорного клина о стенку скважины. Срез резьбы или отрыв срезного болта чреваты разъединением упругой части полумуфты и опорного клина, а следовательно, преждевременным выступанием выдвижной плашки и упругой части полумуфты из окон корпуса механизма фиксации устройства, что может помешать прохождению устройства в скважине при спуске.Another disadvantage of the known deflector is that the housing of the locking mechanism, the elastic part of the coupling half and the support wedge are connected by one shear bolt. When a diverter passes through a borehole with a small radius of curvature, a shear bolt is subject to a large tensile force from the bend of the diverter and a shearing force due to the friction forces of the support wedge against the borehole wall. A thread cut or a detachment of a shear bolt is fraught with separation of the elastic part of the coupling half and the support wedge, and, therefore, premature protrusion of the retractable die and the elastic part of the coupling half from the windows of the device fixing mechanism body, which may interfere with the passage of the device in the well during descent.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание клинового отклонителя, способного проходить по скважине с малым радиусом искривления, изгибаться во время спускоподъемных операции и жестко фиксироваться в скважине при упоре на забой с одновременным поджатием клиновой части к стенке скважины для беспрепятственного прохождения режущего инструмента.The technical task of the invention is the creation of a wedge diverter that can pass through a borehole with a small radius of curvature, bend during tripping and rigidly lock in the borehole with emphasis on the bottom while pressing the wedge portion against the wall of the borehole for unhindered passage of the cutting tool.

Технический результат достигается тем, что шарнирный клиновой отклонитель, включающий отклоняющий клин, фиксирующий механизм отклонителя в скважине, содержащий выдвижную плашку, срезной болт, согласно изобретению содержит шарнирный узел, расположенный между отклоняющим клином и фиксирующим механизмом, включающий жестко закрепленную ось, ограничитель вращения отклоняющего клина, установленный на оси с возможностью качательного движения, в верхней части жестко скрепленный с отклоняющим клином, а в нижней части выполненный в виде конуса, несоосного отклоняющему клину, задвижной фиксатор, снабженный конусной расточкой, взаимодействующий с конусной частью ограничителя вращения отклоняющего клина при срезании срезного болта.The technical result is achieved in that the articulated wedge diverter including a deflecting wedge, the locking mechanism of the diverter in the well, containing a retractable die, shear bolt, according to the invention, comprises a hinge assembly located between the deflecting wedge and the fixing mechanism, including a rigidly fixed axis, a rotation limiter of the deflecting wedge mounted on the axis with the possibility of rocking movement, in the upper part is rigidly fastened with a deflecting wedge, and in the lower part is made in the form of a cone and, misalignment diverting wedge sliding latch equipped with a conical bore interacting with the cone-shaped part of the rotation stopper deflection when cutting wedge shear bolt.

Включение в конструкцию шарнирного клинового отклонителя шарнирного узла, содержащего ограничитель вращения отклоняющего клина, установленного с возможностью качательного движения, соединенного с верхней стороны с отклоняющим клином, а с нижней стороны выполненного в виде конуса, несоосного отклоняющему клину, и задвижного фиксатора, имеющего в верхней части конусную расточку, позволяет клиновому отклонителю проходить по скважине с малым радиусом искривления, изгибаться во время спускоподъемных операции и жестко фиксироваться в скважине при упоре на забой с одновременным поджатием клиновой части к стенке скважины для беспрепятственного прохождения режущего инструмента.The inclusion in the design of the articulated wedge diverter of the hinge assembly containing the rotation limiter of the deflecting wedge, installed with the possibility of swinging motion, connected from the upper side to the deflecting wedge, and from the lower side made in the form of a cone, non-axial deflecting wedge, and a sliding latch having in the upper part conical bore, allows the wedge diverter to pass through the borehole with a small radius of curvature, bend during tripping and rigidly fixed in Azhinov by abutment on a face while podzhatiem wedge portion against the borehole wall for unobstructed passage of the cutting tool.

Ограничитель вращения отклоняющего клина блокирует шарнир при срезе срезного болта после срабатывания фиксирующего механизма отклонителя в скважине за счет того, что конусная часть ограничителя вращения, несоосная с отклоняющим клином, задвигается в конусную расточку задвижного фиксатора. При этом за счет несоосности конусной части ограничителя вращения и отклоняющего клина происходит поджатие отклоняющего клина к стенке обсадной колонны.The rotation limiter of the deflecting wedge blocks the hinge when the shear bolt is cut after the deflector fixing mechanism has been activated in the well due to the fact that the conical part of the rotation limiter, which is not coaxial with the deflecting wedge, is pushed into the conical bore of the sliding clamp. In this case, due to the misalignment of the conical part of the rotation limiter and the deflecting wedge, the deflecting wedge is pressed against the casing wall.

Отклоняющий клин, жестко соединенный с ограничителем вращения, до срабатывания срезного болта свободно вращается относительно оси шарнира. Поочередность срабатывания фиксирующего механизма и ограничителя шарнира устанавливается срезными болтами различного сечения.The deflecting wedge, rigidly connected to the rotation limiter, rotates freely relative to the hinge axis until the shear bolt operates. The sequence of operation of the locking mechanism and the hinge limiter is set by shear bolts of various sections.

В прототипе шарнир реализован за счет упругой деформации гибкой части полумуфты, с которой соединен отклоняющий клин. При прохождении такого отклонителя по скважине с малым радиусом искривления имеет место риск пластического деформирования полумуфты, а следовательно, и потеря ее формы, что может отрицательно отразиться на геометрии клинового отклонителя при его фиксации в скважине и его неправильной работе. В предлагаемом изобретении пластическое деформирование отклонителя при спуске по искривленной скважине полностью исключено за счет свободного вращения отклоняющего клина относительно оси шарнирного узла, что улучшает проходимость устройства по искривленной скважине.In the prototype, the hinge is implemented due to the elastic deformation of the flexible part of the coupling half, to which the deflecting wedge is connected. When such a diverter passes through a borehole with a small radius of curvature, there is a risk of plastic deformation of the coupling half and, consequently, a loss of its shape, which can negatively affect the geometry of the wedge diverter during its fixation in the well and its malfunction. In the present invention, the plastic deformation of the diverter during descent along a curved well is completely eliminated due to the free rotation of the deflecting wedge relative to the axis of the hinge assembly, which improves the throughput of the device along a curved well.

На прилагаемых фигурах иллюстрируется сущность изобретения.The accompanying figures illustrate the essence of the invention.

На фиг.1 показано устройство шарнирного клинового отклонителя.Figure 1 shows the device articulated wedge diverter.

На фиг.2 приведено поперечное сечение статора по линии А-А.Figure 2 shows the cross section of the stator along the line aa.

На фиг.3 приведено поперечное сечение статора по линии Б-Б.Figure 3 shows the cross section of the stator along the line BB.

На фиг.4 показан шарнирный клиновой отклонитель в скважине в рабочем состоянии.Figure 4 shows the articulated wedge diverter in the well in working condition.

Шарнирный клиновой отклонитель содержит отклоняющий клин 1, собранный с помощью резьбового соединения с ограничителем вращения 2 отклоняющего клина 1, который входит в шарнирный узел. Ограничитель вращения 2 установлен в корпусе 3 шарнирного узла на оси 4 шарнирного узла и имеет возможность качательного движения. Отклоняющий клин 1 жестко соединен с ограничителем вращения и свободно вращается относительно оси шарнира на угол до 3,5° в одну сторону и до 2,5° в другую сторону от осевой линии отклонителя. Подвижность ограничителя вращения 2 отклоняющего клина 1 определяется положением задвижного фиксатора 5 шарнирного узла, который установлен в корпусе 3 шарнирного узла с помощью шлицевого соединения и двух срезных болтов 6. Задвижной фиксатор 5 в верхней части имеет конусную расточку, а другим концом с помощью резьбового соединения крепится к сердечнику 7 механизма фиксации отклонителя в скважине. В окне корпуса 8 механизма фиксации и на сердечнике 7 с помощью крепления типа «ласточкин хвоста установлена выдвижная плашка 9. Сердечник 7 и корпус 8 механизма фиксации соединены срезным болтом 10.The articulated wedge diverter comprises a deflecting wedge 1 assembled by means of a threaded connection with a rotation limiter 2 of the deflecting wedge 1, which is included in the hinge assembly. The rotation limiter 2 is installed in the housing 3 of the hinge assembly on the axis 4 of the hinge assembly and has the possibility of rocking motion. The deflecting wedge 1 is rigidly connected to the rotation limiter and rotates freely relative to the hinge axis at an angle of up to 3.5 ° to one side and up to 2.5 ° to the other side from the axial line of the deflector. The mobility of the rotation limiter 2 of the deflecting wedge 1 is determined by the position of the slide lock 5 of the hinge assembly, which is installed in the housing 3 of the hinge assembly by means of a spline connection and two shear bolts 6. The lock catch 5 in the upper part has a conical bore, and is fastened to the other end using a threaded connection to the core 7 of the mechanism for fixing the diverter in the well. In the window of the housing 8 of the locking mechanism and on the core 7 using a mounting type "dovetail mounted retractable die 9. The core 7 and the housing 8 of the locking mechanism are connected with a shear bolt 10.

Шарнирный клиновой отклонитель работает следующим образом. Для вырезания окна в обсадной колонне в скважину спускают буровой инструмент со стартовым фрезером и клиновым отклонителем. К отклоняющему клину 1 в верхней части срезным болтом крепится стартовый фрезер, который, в свою очередь, крепится к буровому инструменту, а к присоединительной резьбе корпуса 8 фиксирующего механизма при необходимости присоединяются удлинительные трубы для упора на забой.Articulated wedge diverter works as follows. To cut a window in the casing, a drilling tool is lowered into the well with a starting milling cutter and a wedge diverter. A starting milling cutter is attached to the deflecting wedge 1 in the upper part with a shear bolt, which, in turn, is attached to the drilling tool, and extension pipes, if necessary, are attached to the connecting thread of the housing 8 of the locking mechanism to support the face.

При достижении осевой нагрузки на компоновку до 3-4 тонн срезаются болты 10, удерживающие сердечник 7 в корпусе 8 фиксирующего механизма. Сердечник 7 задвигается в корпус 8 фиксирующего механизма, при этом плашка 9 скользит по наклонной поверхности сердечника, выдвигаясь из окна корпуса на 30 мм и внедряясь в стенку обсадной колонны. С данного момента устройство зафиксировано в скважине от проворота.When the axial load on the layout reaches 3-4 tons, the bolts 10 that hold the core 7 in the housing 8 of the locking mechanism are cut off. The core 7 slides into the housing 8 of the locking mechanism, while the die 9 slides along the inclined surface of the core, extending 30 mm from the housing window and penetrating the casing wall. From this moment, the device is fixed in the well from rotation.

При достижении осевой нагрузки на компоновку до 5-6 тонн срезаются срезные болты 6, удерживающие задвижной фиксатор 5 в корпусе 3 шарнирного узла. Корпус 3 шарнирного узла двигается по наружной поверхности задвижного фиксатора 5, при этом конус ограничителя вращения 2 отклоняющего клина 1 задвигается в конусную расточку задвижного фиксатора 5. За счет того, что конусная часть ограничителя вращения 2 выполнена несоосно относительно отклоняющего клина 1, происходит поджатие отклоняющего клина 1 к стенке обсадной колонны.When the axial load on the layout reaches 5-6 tons, the shear bolts 6 holding the slide lock 5 in the housing 3 of the hinge assembly are cut off. The housing 3 of the hinge assembly moves along the outer surface of the slide lock 5, while the cone of the rotation limiter 2 of the deflecting wedge 1 is pushed into the conical bore of the slide lock 5. Due to the fact that the conical part of the rotation limiter 2 is made misaligned relative to the deflecting wedge 1, the deflecting wedge is preloaded. 1 to the casing wall.

При достижении осевой нагрузки на компоновку до 10-12 тонн происходит срез болта, крепящего клиновой отклонитель к стартовому фрезеру, который затем с вращением инструмента начинает прорезать колонну.When the axial load on the layout reaches 10-12 tons, a bolt is fastened securing the wedge diverter to the starting milling cutter, which then begins to cut through the column with rotation of the tool.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить проходимость устройства по искривленной скважине и обеспечить беспрепятственное прохождение режущего инструмента при прорезании окна в эксплуатационной колонне.Thus, the present invention allows to increase the permeability of the device along a curved well and to provide unhindered passage of the cutting tool when cutting through the window in the production casing.

Claims

Шарнирный клиновой отклонитель, включающий отклоняющий клин, фиксирующий механизм отклонителя в скважине, содержащий выдвижную плашку, срезной болт, отличающийся тем, что содержит шарнирный узел, расположенный между отклоняющим клином и фиксирующим механизмом, включающий жестко закрепленную ось, ограничитель вращения отклоняющего клина, установленный на оси с возможностью качательного движения, в верхней части жестко скрепленный с отклоняющим клином, а в нижней части выполненный в виде конуса, несоосного отклоняющему клину, задвижной фиксатор, снабженный конусной расточкой, взаимодействующий с конусной частью ограничителя вращения отклоняющего клина при срезании срезного болта. An articulated wedge diverter including a deflecting wedge, a deflector fixing mechanism in the well, comprising a retractable die, a shear bolt, characterized in that it comprises a hinge assembly located between the deflecting wedge and the locking mechanism, including a rigidly fixed axis, a rotation limiter of the deflecting wedge mounted on the axis with the possibility of rocking movement, in the upper part rigidly fastened with a deflecting wedge, and in the lower part made in the form of a cone, misaligned to the deflecting wedge, retainer provided with tapered bore interacting with the cone-shaped part of the rotation stopper deflection when cutting wedge shear bolt.