RU2730077C1

RU2730077C1 - Wedge deflector

Info

Publication number: RU2730077C1
Application number: RU2019142129A
Authority: RU
Inventors: Сергей Владиленович Евстифеев; Булат Ильдусович Ахметов
Original assignee: Сергей Владиленович Евстифеев; Булат Ильдусович Ахметов
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2020-08-17

Abstract

FIELD: soil or rock drilling.SUBSTANCE: invention relates to drilling engineering, in particular to a device for cutting a "window" in a casing string, and can be used in drilling oil and gas wells to change trajectory of the well shaft during emergency operations or drilling of additional shafts in the well. Wedge diverter comprises guide wedge with working surface, groove arranged on opposite side of working surface, for arrangement of high pressure hose and chamber, which cavity is located in housing, rigidly connected with lower part of wedge, which is connected with high-pressure hose. Body is made in the form of a cylinder with cut lobes in the upper and lower parts, at the ends of which there are dies of diameter equal to the inner diameter of the casing string. In the upper part the die located on the side of the working surface of the wedge has thickness more than the other dies in this part. In the lower part the die located on the side opposite to the working surface of the wedge has a thickness larger than the other dies in this part. In the cylindrical housing on the guide tube connected to the high-pressure hose opposite to each other there are pistons in the form of truncated cones with the possibility of free movement along the guide tube, ends of which form a high-pressure chamber. Guide tube in the zone of the high pressure chamber has holes.EFFECT: higher reliability of its operation, reduced weight of equipment.1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к технике бурения, в частности к устройству для прорезания "окна" в обсадной колонне. Оно может быть использовано при бурении нефтяных и газовых скважин, для изменения траектории ствола скважины при аварийных работах или бурении дополнительных стволов в скважине.The invention relates to drilling techniques, in particular to a device for cutting a "window" in a casing string. It can be used when drilling oil and gas wells, to change the trajectory of a wellbore during emergency operations or to drill additional boreholes in the well.

Известно устройство для прорезания «окна» в обсадной колонне, включающая 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 трубки высокого давления. Узел опоры снабжен наклонными поверхностями, сужающимися сверху вниз к оси отклонителя и взаимодействующими с плашками, элемент узла опоры выполнен в виде сплошного поршня, удерживаемого в корпусе узла опоры в первоначальном положении срезной шпилькой, при этом наклонные поверхности элемента узла опоры выполнены в виде выступов, соответствующих пазам плашек, а в нижней части клина расположена полость, которая выполнена замкнутой и связана со трубкой высокого давления посредством бокового отверстия в направляющем клине, а корпус узла опоры дополнительно имеет радиальное отверстие для обеспечения сброса давления жидкости в камере, образованной при перемещении сплошного поршня относительно клина, что служит показателем закрепления клинового отклонителя на требуемом уровне в скважине, причем радиальное отверстие расположено от верхнего торца поршня вниз на расстоянии S, зависящем от хода плашки в поперечном относительно оси отклонителя направлении h и угла наклона выступа на поверхности поршня α, определяемом по формуле S=h/tgα. (патент РФ №2166058, МПК Е21В 7/08, опубл. 27.04.2001, бюл. №9).Known device for cutting a "window" in the casing, including a guide wedge with a working surface, a support unit, equipped with a cylinder with a piston, interacting with retractable spacers made in the form of dies with teeth. The support unit is rigidly connected to the guide wedge, which has a groove on the side opposite to the working surface to accommodate a high-pressure tube. The support unit is equipped with inclined surfaces tapering from top to bottom towards the whipstock axis and interacting with the dies, the support unit element is made in the form of a solid piston held in the support unit body in the initial position by a shear pin, while the inclined surfaces of the support unit element are made in the form of protrusions corresponding to grooves of the ram, and in the lower part of the wedge there is a cavity, which is closed and connected to the high-pressure tube through a side hole in the guide wedge, and the body of the support unit additionally has a radial hole to ensure the release of fluid pressure in the chamber formed when the solid piston moves relative to the wedge , which serves as an indicator of fixing the whipstock at the required level in the well, and the radial hole is located from the upper end of the piston down at a distance S, depending on the stroke of the die in the direction h transverse to the whipstock axis and the angle of inclination of the protrusion on the surface along rshnya α, determined by the formula S = h / tanα. (RF patent No. 2166058, IPC Е21В 7/08, publ. 04/27/2001, bull. No. 9).

Недостатками данного устройства является то, что якорь имеет только две плашки, верхнюю и нижнюю, которые расположенные оппозитно в одной плоскости, что может привести к нарушению устойчивости клина в апсидальной плоскости при боковых нагрузках, также сплошной поршень, предназначенный для выдвижения плашек, который сложен в изготовлении и имеет большой вес: чем больше расстояние между плашками, тем больше вес этого поршня, помимо этого, местонахождение радиального отверстия, которое предназначено для сброса давления, требует точного расчета, что говорит от том, что при незначительном изменении диаметра скважины, якорь может не сработать.The disadvantages of this device are that the anchor has only two dies, upper and lower, which are located oppositely in the same plane, which can lead to a violation of the stability of the wedge in the apsidal plane under lateral loads, and also a solid piston designed to advance the dies, which is folded into production and has a lot of weight: the greater the distance between the rams, the greater the weight of this piston, in addition, the location of the radial hole, which is designed to relieve pressure, requires an accurate calculation, which means that with a slight change in the diameter of the well, the anchor may not work.

Также известен гидравлический отклонитель, который содержит клин-отклонитель с наклонной рабочей поверхностью, выполненной в виде желоба, и узел опоры, включающий цилиндрический полый корпус с окнами для плашек, расположенный в упомянутом полом корпусе распорный элемент с наклонными поверхностями, на которых с возможностью перемещения размещены плашки, имеющие на лицевой поверхности зубья, а с тыльной стороны - паз, соответствующий Т-образному выступу на наклонной поверхности распорного элемента, гидравлическую камеру и гибкий шланг высокого давления для подачи жидкости в гидравлическую камеру. Гидравлический отклонитель снабжен размещенными между клином-отклонителем и цилиндрическим полым корпусом узла опоры переходником и пакерами. При этом распорный элемент имеет направляющую часть, выполненную внизу в виде поршня, и переходящую в распорную часть, выполненную в виде правильной трехгранной усеченной суженной книзу пирамиды, ребра которой образованы наклонной поверхностью и имеют выступы под плашки, зубья которых выполнены с наклоном вниз. Плашки радиально размещены в окнах, выполненных в нижней части цилиндрического полого корпуса узла опоры под углом 120° относительно друг друга. При этом, в верхней части корпуса узла опоры выполнена кольцевая расточка и упор, образующие с цилиндрической поверхностью направляющей части распорного элемента гидравлическую камеру. Камера связана с гибким шлангом посредством выполненных соответственно в переходнике и в направляющей части распорного элемента полостей, последняя из которых связана с гидравлической камерой через распределитель. Распределитель выполнен в направляющей части в виде трех сквозных, под углом 120° относительно друг друга отверстий. Корпус узла опоры установлен с возможностью перемещения вдоль направляющей части распорного элемента, с одновременным изменением объема гидравлической камеры. На торце цилиндрического полого корпуса узла опоры одета заглушка, закрепленная резьбовым соединением с распорной частью распорного элемента. Между внутренней поверхностью полого цилиндрического корпуса узла опоры и внешней поверхностью распорного элемента установлены уплотнители, (патент РФ №2311522, МПК Е21В 7/08, опубл. 27.11.2007, бюл. №33).Also known is a hydraulic diverter, which contains a whipstock with an inclined working surface made in the form of a groove, and a support unit including a cylindrical hollow body with openings for dies, a spacer element with inclined surfaces located in the said hollow body, on which there are displaceable dies with teeth on the front surface, and on the back side - a groove corresponding to a T-shaped protrusion on the inclined surface of the spacer, a hydraulic chamber and a flexible high pressure hose for supplying fluid to the hydraulic chamber. The hydraulic diverter is equipped with an adapter and packers located between the diverter wedge and the cylindrical hollow body of the support unit. In this case, the spacer element has a guide part made at the bottom in the form of a piston and passing into the spacer part made in the form of a regular triangular truncated pyramid narrowed downwards, the ribs of which are formed by an inclined surface and have protrusions for the dies, the teeth of which are made with an inclination downward. The dies are radially placed in the windows made in the lower part of the cylindrical hollow body of the support unit at an angle of 120 ° relative to each other. In this case, an annular bore and a stop are made in the upper part of the body of the support unit, forming a hydraulic chamber with the cylindrical surface of the guide part of the spacer element. The chamber is connected to a flexible hose by means of cavities made respectively in the adapter and in the guide part of the spacer element, the latter of which is connected to the hydraulic chamber through a distributor. The distributor is made in the guide part in the form of three through holes, at an angle of 120 ° relative to each other. The body of the support unit is installed with the ability to move along the guide part of the spacer element, while changing the volume of the hydraulic chamber. At the end of the cylindrical hollow body of the support unit, there is a plug, fixed by a threaded connection with the spacer part of the spacer element. Seals are installed between the inner surface of the hollow cylindrical body of the support unit and the outer surface of the spacer element (RF patent No. 2311522, IPC Е21В 7/08, publ. 27.11.2007, bull. No. 33).

Недостатками данного устройства, являются сложность изготовления направляюще-распорного элемента, который размещен в вертикальной составляющей Т-образной формы направляющей части элемента, а также использования давления бурового раствора для удержания корпуса в верхнем положении, при котором клин-отклонитель фиксируется плашками, т.к. в процессе работы фреза возникают большие вибрации, это может нарушить герметичность камеры, в результате чего произойдет падение клина на забой.The disadvantages of this device are the complexity of manufacturing the guide-spacer element, which is located in the vertical component of the T-shaped shape of the guide part of the element, as well as the use of drilling fluid pressure to hold the body in the upper position, in which the whipstock is fixed with dies, because during the operation of the cutter, large vibrations occur, this can break the tightness of the chamber, as a result of which the wedge will fall to the bottom.

В качестве прототипа выбрано устройство, наиболее близкое по технической сущности и положительному эффекту к предлагаемому изобретению. (Заявка: 95108126/03, 18.05.1996 Дата публикации заявки: 20.04.1997)As a prototype, the selected device is the closest in technical essence and positive effect to the proposed invention. (Application: 95108126/03, 18.05.1996 Date of publication of the application: 20.04.1997)

Забойное отклоняющее устройство предназначено для зарезки и бурения дополнительных стволов скважин и включает клин-отклонитель и якорь для закрепления устройства в стволе скважины. Якорь состоит из корпуса с гнездами для размещения подпружиненных сухарей и толкателя, имеющего наружную коническую поверхность для взаимодействия с подпружиненными сухарями, представляющего собой двухсекционный усеченный конус с фиксирующими проточками под сухари в верхней части конусов. Корпус якоря жестко соединен пазовым, например шлицевым соединением посредством срезных штифтов с клином-отклонителем и представляет собой полый цилиндр с гнездами под сухари и дренажными отверстиями. Толкатель жестко связан, например, посредством резьбы, с клином-отклонителем и после срезания штифтов может двигаться поступательно в корпусе якоря. При движении толкателя вниз наружная коническая поверхность его контактирует с подпружиненными сухарями и выдвигает их из гнезд до контакта и внедрения в стенки скважины или эксплуатационной колонны. После попадания сухарей в фиксирующие проточки происходит надежное закрепление якоря, а соответственно и всего устройства.The downhole diverting device is designed for sidetracking and drilling additional wellbores and includes a whipstock and an anchor for fixing the device in the wellbore. The anchor consists of a body with slots for placing spring-loaded crackers and a pusher having an outer conical surface for interaction with spring-loaded crackers, which is a two-section truncated cone with fixing grooves for crackers in the upper part of the cones. The armature body is rigidly connected by a groove, for example a spline connection by means of shear pins with a whipstock and is a hollow cylinder with sockets for crackers and drainage holes. The pusher is rigidly connected, for example, by means of a thread, with a whipstock and, after cutting off the pins, can move translationally in the armature body. When the pusher moves down, its outer conical surface contacts the spring-loaded crackers and pushes them out of the seats until they contact and penetrate the walls of the well or production string. After the crackers hit the fixing grooves, the anchor is securely fastened, and, accordingly, the entire device.

Существенным недостаткам данного устройства является невозможность гарантированного прижатия клина к стенке скважины, что может привести к его отходу от стенки и невозможности дальнейшего проведения работ из-за не прохождения компоновки для бурения.A significant disadvantage of this device is the impossibility of guaranteed pressing of the wedge to the borehole wall, which can lead to its departure from the wall and the impossibility of further work due to not passing the drilling assembly.

Техническая задача решается клиновым отклонителем, включающим направляющий клин с рабочей поверхностью, пазом, размещенным с противоположной стороны рабочей поверхности для размещения шланга высокого давления и камерой, полость которой расположена в корпусе жестко соединенного с нижней частью клина, которая сообщается со шлангом высокого давления. Новым является то, что корпус выполнен в виде цилиндра с прорезанными в нем лепестками в верхней и нижней частях, на концах которых расположены плашки диаметром, равным внутреннему диаметру обсадной колонны, в верхней части плашка, расположенная на стороне рабочей поверхности клина, имеет толщину больше, чем остальные плашки в этой части, а в нижней части, плашка, расположенная на стороне, противоположной рабочей поверхности клина, имеет толщину больше, чем остальные элементы в этой части. В цилиндрическом корпусе, на направляющей трубке, соединенной со шлангом высокого давления, оппозитно по отношению друг к другу расположены поршни в виде усеченных конусов, которые свободно перемещаются по направляющей трубке и торцы которых образуют камеру высокого давления, а направляющая трубка, в зоне камеры высокого давления, содержит отверстия.The technical problem is solved by a wedge diverter, which includes a guide wedge with a working surface, a groove located on the opposite side of the working surface to accommodate a high-pressure hose and a chamber, the cavity of which is located in the body rigidly connected to the lower part of the wedge, which communicates with the high-pressure hose. The novelty is that the body is made in the form of a cylinder with petals cut into it in the upper and lower parts, at the ends of which there are dies with a diameter equal to the inner diameter of the casing string, in the upper part, the die located on the side of the working surface of the wedge has a greater thickness, than the rest of the dies in this part, and in the lower part, the die located on the side opposite to the working surface of the wedge has a thickness greater than the rest of the elements in this part. In a cylindrical body, on a guide tube connected to a high-pressure hose, pistons in the form of truncated cones are located opposite to each other, which move freely along the guide tube and whose ends form a high-pressure chamber, and the guide tube, in the area of the high-pressure chamber , contains holes.

На фиг. 1 показан клиновой отклонитель в транспортном положении с частичным продольным разрезом; на фиг. 2 - сечение А-А в верхней части якоря фиг. 1, на фиг. 3 - сечение Б-Б в нижней части якоря фиг. 1. На фиг. 4 показан клиновой отклонитель в скважине с частичным продольным разрезом в рабочем положении; на фиг. 5 - сечение А-А в верхней части якоря фиг. 4, на фиг. 6 - сечение Б-Б в нижней части якоря фиг. 4.FIG. 1 shows the whipstock in transport position with a partial longitudinal section; in fig. 2 - section AA in the upper part of the armature of FIG. 1, FIG. 3 - section BB in the lower part of the armature of FIG. 1. In FIG. 4 shows a whipstock in a borehole with a partial longitudinal section in a working position; in fig. 5 - section AA in the upper part of the armature of FIG. 4, FIG. 6 - section BB in the lower part of the armature of FIG. 4.

Клиновой отклонитель содержит фрез 1, закрепленный с направляющим клином 2 посредством срезного штифта 15 (фиг. 1), направляющий клин с рабочей поверхностью 2, шланг высокого давления 3, соединенный с фрезом и проходящий через паз 6, расположенный на стороне, противоположной рабочей поверхности клина 2. Шланг высокого давления 3 соединяется с каналом 5, выполненным в корпусе ловителя 4. Корпус ловителя 4 жестко соединен с клином 2 и цилиндрическим корпусом якоря 16, в котором в верхней и нижней частях вырезаны лепестки, на которые наварены плашки 7 и 12, причем наружный диметр плашек одинаков, но толщина плашек 12, больше, чем плашек 7. Канал в корпусе ловителя 5 соединяется с направляющей трубкой 8, на конце которой находится заглушка-ловитель 13. На направляющей трубке 8 установлены конусные поршни 9, расположенные оппозитно и торцы которых образуют камеру давления 10. В районе зоны камеры давления 10, в направляющей трубке 8 выполнены отверстия 11.The wedge diverter contains a cutter 1, fixed with a guide wedge 2 by means of a shear pin 15 (Fig. 1), a guide wedge with a working surface 2, a high pressure hose 3 connected to the cutter and passing through a groove 6 located on the side opposite to the working surface of the wedge 2. The high-pressure hose 3 is connected to the channel 5 made in the body of the safety device 4. The body of the safety device 4 is rigidly connected to the wedge 2 and the cylindrical body of the armature 16, in which the petals are cut in the upper and lower parts, on which the dies 7 and 12 are welded, and the outer diameter of the dies is the same, but the thickness of the dies 12 is larger than the dies 7. The channel in the catcher body 5 is connected to the guide tube 8, at the end of which there is a catch-cap 13. On the guide tube 8 there are conical pistons 9, located oppositely and whose ends form a pressure chamber 10. In the area of the pressure chamber 10, holes 11 are made in the guide tube 8.

Клиновой отклонитель работает следующим образом.Wedge deflector works as follows.

Фрез 1 клинового отклонителя, присоединяется к бурильным трубам (не показаны) и спускается в зону, где необходимо произвести забуривание бокового ствола из ранее пробуренной скважины. Во время спуска, компоновка находится в транспортном положении, т.е. лепестки, с наваренными на них плашками 7 и 12, загнуты вовнутрь цилиндрического корпуса якоря 16, конусные поршни 9 расположены на минимальном расстоянии друг от друга, давления в камере давления 10, бурильных трубах и затрубного пространства выровнены посредством перепускного клапана (не показан).The cutter 1 of the whipstock is attached to the drill pipes (not shown) and is lowered into the area where it is necessary to drill a sidetrack from a previously drilled well. During the descent, the assembly is in the transport position, i.e. the petals, with the dies 7 and 12 welded on them, are bent inside the cylindrical body of the armature 16, the conical pistons 9 are located at a minimum distance from each other, the pressures in the pressure chamber 10, drill pipes and annulus are aligned by means of a bypass valve (not shown).

При достижении зоны, где надо вырезать «окно», производится ориентирование компоновки и, в бурильные трубы подается буровой раствор. В камере давления 10 создается высокое давление и конусные поршни 9 начинают движение, раздвигая лепестки с плашками 7 и 12. В крайних положениях, верхний конусный поршень 9 закрепляется в ловителе 4, а нижний конусный поршень 9, закрепляется в заглушке-ловителе 13. Плашки 7 и 12 прочно зацепляются за металл обсадной колонны 14. Из-за того, что толщина плашек 12 больше, чем плашек 7 и плашки 12 расположены на противоположных сторонах корпуса якоря 16, создается дополнительное усилие, прижимающее клин к стенке скважины 14. Далее, созданием нагрузки на срезной штифт 15, производится освобождение фреза 1, который перемещается по рабочей поверхности клина 2 вниз и фрезерует стенку обсадной колонны 14.Upon reaching the zone where it is necessary to cut the "window", the assembly is oriented and the drilling fluid is supplied to the drill pipes. A high pressure is created in the pressure chamber 10 and the conical pistons 9 begin to move, pushing apart the petals with dies 7 and 12. In the extreme positions, the upper conical piston 9 is fixed in the safety device 4, and the lower conical piston 9 is fixed in the cap-catcher 13. Dies 7 and 12 firmly engage with the metal of the casing 14. Due to the fact that the thickness of the rams 12 is greater than the rams 7 and the rams 12 are located on opposite sides of the anchor body 16, an additional force is created that presses the wedge against the wall of the well 14. Further, by creating a load on the shear pin 15, the cutter 1 is released, which moves downward along the working surface of the wedge 2 and mills the wall of the casing 14.

Именно такое исполнение клина-отклонителя позволяет увеличить надежность его работы, снизить вес оборудования и стоимость его производства.It is this design of the whipstock that can increase the reliability of its operation, reduce the weight of the equipment and the cost of its production.

Claims

Wedge deflector, including a guide wedge with a working surface, a groove located on the opposite side of the working surface to accommodate a high-pressure hose and a chamber, the cavity of which is located in a body rigidly connected to the lower part of the wedge, which communicates with the high-pressure hose, characterized in that, that the body is made in the form of a cylinder with petals cut into it in the upper and lower parts, at the ends of which there are dies with a diameter equal to the inner diameter of the casing; in the upper part, the die located on the side of the working surface of the wedge has a thickness greater than the other dies in of this part, and in the lower part the ram located on the side opposite to the working surface of the wedge has a thickness greater than the rest of the rams in this part, in the cylindrical body on the guide tube connected to the high-pressure hose, the pistons are opposite to each other in the form of truncated cones with the possibility of free movement along the guide tube and the ends of which form a high-pressure chamber, and the guide tube in the area of the high-pressure chamber contains holes.