Узел опоры гидравлического отклонителя

Изобретение относится к буровой технике, в частности к гидравлическим отклонителям с использованием клина - отклонителя. Оно может быть использовано как полезная модель при прорезании «окна» в обсадной колонне труб и забуривания бокового ствола в скважину после закрепления устройства на стенках обсадной трубы в стволе скважины. Задачей полезной модели - узла опоры гидравлического отклонителя является повышение надежности установки и закрепления на стенке обсадной трубы в стволе буровой скважины на всех этапах возвратно-поступательного перемещения корпуса узла опоры и запорного узла, в момент незапланированного изменения режима работы гидравлической камеры. Технический результат достигается тем, что как и в известном, содержащем цилиндрический полый корпус с окнами под плашки, размещенные в окнах радиально под углом 120° относительно друг друга, имеющий направляюще - распорный элемент с направляющей и распорной частями, переходящими непрерывно одна в другую, направляющая часть выполнена в виде 3-х гранной усеченной книзу пирамиды, ребра которой имеют выступы под плашки, плашки на лицевой поверхности имеют зубья, а на тыльной стороне - паз, соответствующий Т-образному выступу на наклонной поверхности распорной части направляюще - распорного элемента, имеющий гидравлическую камеру, образованную внутренней поверхностью корпуса узла опоры и внешней поверхностью направляющей части направляюще-распорного элемента, имеющий запорный узел, включающий полый корпус и полую запорную втулку с распорным элементом в ней, имеющий переходник и пакера, гидравлическая камера связана с гибким шлангом высокого давления посредством выполненных соответственно в переходнике и в направляющей части направляюще -распорного элемента полостей, последняя из которых связана с гидравлической камерой через распределитель, выполненный в направляющей части в виде 3-х сквозных под углом 120° относительно друг друга отверстий, корпус узла опоры установлен с возможностью перемещения вдоль направляющей части направляюще - распорного элемента с изменением при этом объема гидравлической камеры, на торце цилиндрического полого корпуса одета заглушка, закрепленная резьбовым соединением с распорной частью направляюще - распорного элемента, согласно изобретению плашки, размещенные в окнах в нижней части корпуса узла опоры выполнены из основной и дополнительной частей, соединенных под углом в месте плотного сопряжения друг с другом, основная часть плашки имеет на лицевой поверхности зубья в виде пирамиды, вершина которой находится над центром основания ее, дополнительная часть используется в качестве блокирующего элемента плашки, запорный узел размещен над гидравлической камерой в отделенной перемычкой от гидравлической камеры герметичной полости - отсеке, запорный узел представляет собой кинематическую зубчатую пару, верхняя часть которой в виде цилиндрической полой втулки размещена плотной посадкой с ограничением перемещения, вверх упорной втулкой, а вниз - выступом, на направляющей части направляюще - распорного элемента, на внешней поверхности полой втулки имеются зубья, вершины которых направлены вверх под углом, нижняя часть, размещенная под верхней частью с зазором состоит из корпуса, жестко закрепленного с корпусом узла опоры срезными болтами, и полой втулки - цанги, обладающей пружинящими свойствами, которая размещена свободной посадкой на направляющей части направляюще - распорного элемента, и имеет на верхней части внутренней поверхности ряды зубьев в виде концентрических кругов, зубья имеют вершины, направленные вниз под углом, соответствующим углу вершин зубьев на верхней полой втулке кинематической пары, а также имеет верхний и нижний ряды сквозных прорезей, прорези выполнены в направлении параллельно оси перемещения корпуса узла опоры, верхний ряд сквозных прорезей делит втулку - цангу на части, с образованием плашкообразных элементов, нижний ряд сквозных прорезей выполнен под плашкообразными элементами, расстояние L₁ между нижними рядами зубьев верхней и нижней полых втулок в кинематической паре до их сопряжения в запорном узле равно длине хода L₂ нижних плашек при их перемещении до упора в стенку обсадной колонны с минимальным внедрением в стенку зубьев плашек. По сравнению с прототипом заявленное устройство имеет запорный узел с более широкими функциональными возможностями, плашки выполнены разъемными и части составные находятся в контакте под углом друг другу, позволяющим усилить эффект внедрения в стенку обсадной колонны, более надежную работу их как по внедрению, так и раскреплению от стенки обсадной колонны, не создавая проблем корпусу узла опоры, как ранее. Запорный узел представляет собой изолированную систему от гидравлической камеры и более конструктивно оптимизирован. Выполнение запорного узла в виде зубчатой кинематической пары позволяет использовать его и при поступательном и при возвратном перемещении корпуса узла опоры, не допуская аварийных ситуаций в работе гидравлического отклонителя. Узел опоры способен выдерживать нагрузку в процессе эксплуатации буровой установки более, чем в 3-3,5 раза и сохранить это преимущество при многоразовом использовании извлекаемого устройства. илл.6

Изобретение относится к буровой технике, в частности к гидравлическим отклонителям с использованием клина - отклонителя. Оно может быть использовано как полезная модель при прорезании «окна» в обсадной колонне труб и забуривания бокового ствола в скважину после закрепления устройства на стенках обсадной трубы в стволе скважины.

Известно устройство [1] (пат. РФ 2311522, МПК Е21В 7/08, от 19.05.06 г.). Гидравлический отклонитель, содержащий 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. Он снабжен также 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 к низу, пирамиды, ребра которой образуют наклонную поверхность и имеют выступы под платки, зубья которых выполнены с наклоном вниз, а 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, которая 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, выполненный в направляющей части в виде 3-х сквозных под углом 120° относительно друг друга отверстий, а 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.

Известное устройство является извлекаемым, обеспечивает независимость прочности закрепления устройства на стенках обсадной колонны от перепада размеров внутреннего диаметра обсадной колонны. Устройство конструктивно просто. Оно защищено от незапланированного перемещения корпуса узла опоры вдоль оси устройства за счет наличия заглушки с одной стороны и пакеров - с другой стороны. Но это защита в статическом состоянии до закрепления устройства. В процессе закрепления защита осуществляется на стенках скважины плашками. В процессе бурения появляются вибрация, изгибающие нагрузки, особенно в процессе бурения наклонных участков скважины, искривленных зонах его контакта с обсадными стенками скважины. В этих случаях недостаточны усилия закрепления корпуса узла опоры плашками. После установки на стенках обсадной колонны устройства и прекращения подачи жидкости под высоким давлением в гидравлическую камеру и закрепления плашек на стенках обсадной колонны, корпус узла опоры, закрепленный с возможностью перемещения вдоль оси, находится под давлением пакеров сверху. Поэтому в случае появления значительных вибраций в устройстве, и соответственно в узле опоры, или незапланированного увеличения нагрузки, может произойти незапланированное перемещение направляюще - распорного элемента вверх. В результате произойдет преждевременное раскрепление плашек от стенок обсадной колонны, сопровождаемое срывом процесса бурения на длительное время.

Известен гидравлический отклонитель [2] с узлом опоры в нем (заявка 2008106538/03, МПК Е21В 7/08, от 19.02.2008 г., положительное решение на выдачу патента принято 13.02.09 г.). Устройство узла опоры выбрано в качестве прототипа заявленному как наиболее близкое по технической сущности, так и по положительному эффекту. Полезная модель - узел опоры для гидравлического отклонителя имеет цилиндрический полый корпус с окнами для плашек, направляюще - распорный элемент с направляющей и распорной частями. Направляющая часть выполнена в виде поршня. Распорная часть выполнена в виде правильной трехгранной усеченной суженой книзу пирамиду, ребра которой образованы наклонной поверхностью и имеют выступы под плашки, зубья которых выполнены на лицевой стороне с наклоном вниз, плашки радиально размещены в окнах, выполненных в нижней части цилиндрического полого корпуса узла опоры под углом 120° относительно друг друга. С тыльной стороны плашка имеет паз, соответствующий Т-образному выступу на наклонной поверхности распорной части направляюще - распорного элемента. В верхней части корпуса узла опоры имеются гидравлическая камера, гибкий шланг высокого давления для подачи жидкости в гидравлическую камеру. Имеются переходник и пакеры. Гидравлическая камера связана с гибким шлангом посредством выполненных, соответственно, в переходнике и в направляющей части направляюще - распорного элемента, полостей, последняя из которых связана с гидравлической камерой через распределитель, выполненный в виде 3-х сквозных под углом 120° относительно друг друга радиальных отверстий. Корпус узла опоры установлен с возможностью перемещения вдоль направляющей части направляюще - распорного элемента, с изменением при этом объема гидравлической камеры. На торце цилиндрического полого корпуса узла опоры одета заглушка, закрепленная резьбовым соединением с распорной частью направляюще-распорного элемента. Имеются уплотнители. Гидравлическая камера образована кольцевой расточкой внутренней поверхности в верхней части корпуса узла опоры и внешней Т-образной поверхностью направляющей части направляюще - распорного элемента. Имеется запорный узел, размещенный в гидравлической камере. Запорный узел включает полую втулку - стакан, корпус с распорным элементом, кольцевой упор со стержнями на нем и подпружиненный шар. Имеется срезной болт, соединяющий корпуса узла опоры, запорного узла и втулку - стакан. Вдоль внутренней поверхности корпуса запорного узла выполнены продольные пазы, а между пазами - фигурная расточка, выполненная в радиальном и осевом направлении. Радиальная часть расточки выполнена сквозной и ступенчатой. С внешней стороны запорного узла расточка имеет форму продолговатого паза с закрепленными торцевыми углами, которая переходит в расточку цилиндрической формы на внутренней поверхности. Осевая часть фигурной расточки находится под цилиндрической радиальной расточкой в виде глухого отверстия, в котором размещена пружина с шаром. В радиальную часть продолговатого паза свободной посадкой вставлен распорный элемент. Распорный элемент имеет наклонную поверхность.

Известное устройство имеет запорный узел, который функционирует только в случае, если под воздействием перенапряжений или больших вибраций приходит в движение вверх направляюще - распорный элемент после закрепления плашек в стенке обсадной колонны, тем самым освобождая их от закрепления в стенке в незапланированное время. Плашки выполнены с зубьями, вершины которых направлены вниз, а корпус является неразъемным. В случае смещения в окнах плашки такой конструкции теряют связь с распорной частью направляюще - распорного элемента, что в свою очередь приводит к потере связи между корпусом узла опоры и направляюще - распорным элементом, прекращению функционирования узла опоры, а следовательно и гидравлического отклонителя. При извлечении узла опоры после завершения работ плашки иногда не выдерживают нагрузку в процессе страгивания и разрушаются. Тоже происходит от наличия тяжелого эксплуатационного оборудования над узлом опоры. Узел опоры в таких условиях работоспособен при ограниченной нагрузке на него (не более 5 тонн). Запорный узел размещен в гидравлической камере и его работа напрямую зависит от давления жидкости в камере. Снижение или сброс давления жидкости может привести к смене направления перемещения корпуса узла опоры с поступательного вверх на возвратное - вниз, что приведет к рассогласованию связей элементов устройства.

Задачей полезной модели - узла опоры гидравлического отклонителя является повышение надежности установки и закрепления на стенке обсадной трубы в стволе буровой скважины на всех этапах возвратно-поступательного перемещения корпуса узла опоры и запорного узла, в момент незапланированного изменения режима работы гидравлической камеры.

Технический результат достигается тем, что как и в известном, содержащем цилиндрический полый корпус с окнами под плашки, размещенные в окнах радиально под углом 120° относительно друг друга, имеющий направляюще - распорный элемент с направляющей и распорной частями, переходящими непрерывно одна в другую, направляющая часть выполнена в виде 3-х гранной усеченной книзу пирамиды, ребра которой имеют выступы под плашки, плашки на лицевой поверхности имеют зубья, а на тыльной стороне - паз, соответствующий Т-образному выступу на наклонной поверхности распорной части направляюще-распорного элемента, имеющий гидравлическую камеру, образованную внутренней поверхностью корпуса узла опоры и внешней поверхностью направляющей части направляюще - распорного элемента, имеющий запорный узел, включающий полый корпус и полую запорную втулку с распорным элементом в ней, имеющий переходник и пакера, гидравлическая камера связана с гибким шлангом высокого давления посредством выполненных соответственно в переходнике и в направляющей части направляюще-распорного элемента полостей, последняя из которых связана с гидравлической камерой через распределитель, выполненный в направляющей части в виде 3-х сквозных под углом 120° относительно друг друга отверстий, корпус узла опоры установлен с возможностью перемещения вдоль направляющей части направляюще - распорного элемента с изменением при этом объема гидравлической камеры, на торце цилиндрического полого корпуса одета заглушка, закрепленная резьбовым соединением с распорной частью направляюще - распорного элемента, согласно изобретению плашки, размещенные в окнах в нижней части корпуса узла опоры выполнены из основной и дополнительной частей, соединенных под углом в месте плотного сопряжения друг с другом, основная часть плашки имеет на лицевой поверхности зубья в виде пирамиды, вершина которой находится над центром основания ее, дополнительная часть используется в качестве блокирующего элемента плашки, запорный узел размещен над гидравлической камерой в отделенной перемычкой от гидравлической камеры герметичной полости - отсеке, запорный узел представляет собой кинематическую зубчатую пару, верхняя часть которой в виде цилиндрической полой втулки размещена плотной посадкой с ограничением перемещения, вверх упорной втулкой, а вниз - выступом, на направляющей части направляюще - распорного элемента, на внешней поверхности полой втулки имеются зубья, вершины которых направлены вверх под углом, нижняя часть, размещенная под верхней частью с зазором состоит из корпуса, жестко закрепленного с корпусом узла опоры срезными болтами, и полой втулки - цанги, обладающей пружинящими свойствами, которая размещена свободной посадкой на направляющей части направляюще - распорного элемента, и имеет на верхней части внутренней поверхности ряды зубьев в виде концентрических кругов, зубья имеют вершины, направленные вниз под углом, соответствующим углу вершин зубьев на верхней полой втулке кинематической пары, а также имеет верхний и нижний ряды сквозных прорезей, прорези выполнены в направлении параллельно оси перемещения корпуса узла опоры, верхний ряд сквозных прорезей делит втулку - цангу на части, с образованием плашкообразных элементов, нижний ряд сквозных прорезей выполнен под плашкообразными элементами, расстояние L₁ между нижними рядами зубьев верхней и нижней полых втулок в кинематической паре до их сопряжения в запорном узле равно длине хода L₂ нижних плашек при их перемещении до упора в стенку обсадной колонны с минимальным внедрением в стенку зубьев плашек.

Заявляемое устройство отличается от прототипа наличием конструктивно нового запорного узла и его расположением в устройстве, новой конструкцией плашек. В прототипе запорный узел гарантирует «бездействие», нейтральное положение элементов узла в момент установки устройства в буровой скважине, закрепление узла опоры на стенках обсадной колонны и в процессе бурения. Он начинает подключаться в момент незапланированного появления повышенных нагрузок на направляющий распорный элемент или повышенных вибраций, которые приводят к незапланированному перемещению этого элемента вверх, освобождению плашек от закрепления в стенке обсадной трубы, и, соответственно, от закрепления в буровой скважине узла опоры. Заявляемый узел опоры имеет запорный узел, расширяющий его возможности за счет наличия кинематической зубчатой пары, рабочие элементы которой пространственно разнесены в полости-отсеке на расстоянии «L ₁», которое зависит от длины хода «L₂ », нижних плашек к стенке обсадной трубы до касания ее и последующего минимального внедрения в эту стенку. Увеличение надежности максимального внедрения нижних плашек обеспечивается за счет пошагового зацепления зубьев плашкообразных элементов в цанге, вершины которых направлены вниз, за зубья, имеющиеся на полой поверхности втулки - над цангой, вершины которых направлены вверх.

В период перемещения корпуса узла опоры под действием высокого давления жидкости в гидравлической камере кинематическая зубчатая пара действует активно. Этому способствует то, что рабочие элементы - зубья выстроены в ряд, а не по спирали, что позволяет избежать потери связи между ними при вибрации, смещении корпуса узла опоры относительно направляюще - распорного элемента в любом направлении. В случае сброса давления жидкости в гидравлической камере (по техническим причинам, например) аварийных ситуаций удается избежать за счет того же надежного пошагового зацепления зубьев в кинематической паре и направлений вершин зубьев, не позволяя корпусу узла опоры переместиться вниз и нарушить связь нижних плашек, размещенных в окнах, с распорной частью направляюще - распорного элемента. В этом случае фиксируется положение элементов узла опоры без нарушения связей и целостности их до возобновления режима работы гидравлической камеры после устранения неполадок с подачей жидкости. Затем перемещение корпуса узла опоры возобновляется до полного закрепления нижних плашек в стенке обсадной колонны. При извлечении узла опоры из скважины после завершения работ зубчатая кинематическая пара также надежно работает на открепление нижних плашек от стенок обсадной трубы путем создания усилий на направляюще - распорный элемент, достаточного для его перемещения вверх и вывода из зацепления зубьев кинематической пары после нарушения целостности срезных болтов, соединяющих корпус узла опоры с корпусом запорного узла. Наличие цанги, выполненной с нижним и верхним рядами сквозных прорезей между плашкообразной частью полой втулки и под плашкообразными элементами, позволяет совершать ей возвратно-поступательное перемещение без перенапряжений и с малыми остаточными напряжениями в зоне и местах контакта зубьев кинематической пары. Свободная посадка полой втулки - цанги на направляющую часть направляюще - распорного элемента, зазоры между плашкообразными элементами виде сквозных прорезей и под плашкообразными элементами, обеспечивают сохранение благоприятных условий контакта зубьев постоянно, не допуская проявления пластичных свойств и сварку в зоне контакта зубьев под воздействием больших нагрузок. Верхняя часть кинематической зубчатой пары выполнена виде полой втулки цилиндрической формы, которая ограничена в перемещении элементами упора (выступ - снизу и упорная втулка - сверху) и плотно посажена на направляющую часть направляюще - распорного элемента для обеспечения гарантии прочного, надежного сцепления зубьев в процессе перемещения корпуса узла опоры. Плашки, размещенные в окнах корпуса узла опоры, выполнены виде составного элемента, включающего основную рабочую часть с «прямыми» зубьями на лицевой стороне. То есть в виде пирамид, вершины которых находятся над центром основания пирамиды и дополнительную часть, плотно примыкающую к основной части, под углом, не позволяющим осуществлять плашке основной части перемещение в момент извлечения узла опоры, как и гидравлического отклонителя в целом, которое приводило ранее к выпадению плашки из корпуса узла опоры и незапланированному отсоединению корпуса от направляюще -распорного элемента. Заявляемые особенности конструкции плашки позволяют осуществить блокирование корпуса узла опоры и сохранение его связи с направляюще - распорным элементом за счет скольжения частей плашки, т.е. основной части плашки относительно блокирующей части, с последующим освобождением от зацепления со стенкой обсадной трубы.

Экспериментально доказано, что такая конструкция плашек позволяет увеличить без разрушений надежность системы связей в узле опоры, увеличить возможную нагрузку на узел опоры более чем в три раза, чем при конструкции плашек в прототипе. Наличие зазора между рабочими элементами кинематической пары в исходном состоянии связей элементов в узле опоры обеспечивает ход плашек из окон корпуса к стенке обсадной трубы, а расстояние L₂ обеспечивает надежное зацепление зубьев в ней и минимальное внедрение зубьев нижних плашек верхушками пирамид в стенку обсадной колонны. Длина полой втулки верхней зубчатой части кинематической пары выполнена с запасом - из расчета наличия отклонений во внутреннем диаметре, от расчетных величин, стенки обсадной колонны труб в месте внедрения в нее нижних плашек.

По сравнению с другими техническими решениями того же назначения выявлено (пат. 2311522 от 19.05.2006 г.), что известен корпус узла опоры и направляюще - распорный элемент. Известно, что корпус узла опоры перемещается относительно неподвижного направляюще - распорного элемента вверх. Но при этом закрепление плашек происходит в отсутствие запорного узла, за счет гидравлики, что не обеспечивает защиту узлу опоры от незапланированного разрушения связи с элементами устройства, например, в результате сбоя в подаче жидкости, снижения давления в гидравлической камере. В связи с этим, заявленное устройство обладает «новизной», является техническим решением, имеет практическую применяемость, что доказано испытаниями на четырех модельных изделиях в условиях, идентичных для промышленного устройства. Результаты подтвердили, что они имеют более высокие эксплуатационные характеристики, чем прототип.

Предполагается внедрение в ООО «БИТТЕХНИКА» г.Перми и на других объектах РФ, и не только РФ, того же назначения.

На фигуре 1 схематично показан узел опоры, в разрезе.

На фигуре 2 схематично показана втулка-цанга, в разрезе.

На фигуре 3 схематично показана нижняя плашка узла опоры, в разрезе.

На фигуре 4а схематично показан узел опоры после внедрение нижних плашек в стенку обсадной трубы и 4б - после зацепления зубьев кинематической пары, в разрезе.

На фиг.5 показан рабочий момент составной плашки в период извлечения устройства из скважины.

Устройство (фиг.1), (фиг.2-5) содержит полый корпус (1) (1 и 1") цилиндрической формы с окнами (2) под плашки, направляюще - распорный элемент с направляющей (3) и распорной (4) частями, соответственно, распорная часть выполнена в виде трехгранной усеченной книзу пирамиды ребра (5) которой имеют Т-образные выступы (6) под составные (фиг.3-5) плашки. На лицевой поверхности основной части (7) плашек имеются зубья (8) в виде четырехгранной пирамиды, вершина которой находится над центром основания ее. Тыльная сторона составной плашки имеет пазы (9), (10), соответствующие Т-образному вырезу на ребрах пирамидообразного распорного элемента (фиг.3). Основная часть плашки (7) соединена с дополнительной (11) под углом друг к другу. Имеется гидравлическая камера (12). Гидравлическая камера (12) связана с гибким шлангом (13) высокого давления в переходнике (14) через полость (15), система полостей в распределителе жидкости - основной канал (16) и полости (17) под углом 120° относительно друг друга в направляющей части направляюще -распорном элементе. Узел опоры имеет также запорный узел, состоящий из двух составных частей (фиг.4а, 4б). Одна часть имеет корпус (18), полую втулку - цангу (19) с рядами зубьев (20) на внутренней поверхности, вершины которой направлены вниз и двумя рядами (нижним рядом (21) и верхний ряд (22) сквозных прорезей (фиг.2). Другая часть состоит из полой втулки (23), на внешней поверхности которой имеются зубья (24), вершины которых направлены вверх и упорной втулки (25) под зубчатой втулкой (23) на направляющей части (3) направляюще - распорного элемента выполнен выступ-упор (26) (фиг.1), (фиг.4а). Между переходником (15) и корпусом узла опоры имеются пакеры (27). Корпуса запорного узла (18) и узла опоры (1) соединены срезными болтами (28) (фиг.4б). Кинематическая пара элементов запорного узла размещена в плоскости - отсеке (29), образованной внешней поверхностью нижней направляющей части (3), направляюще - запорного элемента, и внутренней поверхностью корпуса узла опоры (1), над гидравлической камерой, и изолирована от нее перемычкой (30). Имеется заглушка (31) в нижней торцевой части устройства.

Устройство работает следующим образом

На поверхности компонуют гидравлический отклонитель, соединив верхнюю часть - режущий инструмент, клин-отклонитель (не показаны) с нижней частью - узлом опоры. Корпус узла опоры (1) выполнен из двух частей (1) и (1"), соединенных между собой резьбой. Поскольку верхняя часть корпуса (1) выполнена с перемычкой (30) внизу, то образуется герметичный отсек (29) между корпусом (1) и направляющей частью (3) направляюще-распорного элемента, в котором размещен запорный узел. Под отсеком (29) между нижней частью перемычки (30) и торцевой поверхностью распорной части (4) направляюще - распорного элемента образуется полость, используемая в качестве гидравлической камеры (12) в устройстве.

Направляюще - распорный элемент (фиг.1) (3, 4) внизу соединен с корпусом (1"), узла опоры заглушкой (31). Между клином-отклонителем (не показан) и пакерами на направляюще - распорном элементе устанавливают переходник (14). Пакеры (27) размещают на верхней торцевой поверхности корпуса узла опоры. На ребрах (5) распорной части (4), т.е. на Т-образных выступах (6) размещают составные плашки, плотно соединив основную (7) и дополнительную (11) части по поверхностям, выполненным под углом (фиг.3), оптимальным для функционирования дополнительной части в качестве блокирующего элемента. Обе части плашек закрепляют на Т-образных выступах (6) за счет наличия пазов (9, 10) на тыльной стороне их, условно как одного и того же паза в «одной» плашке. Устройство опускают в скважину на заданную глубину на колонне бурильных труб. Включают насос (не показан), подают жидкость через режущий инструмент по гибкому шлангу (13), размещенному вдоль клина-отклонителя к переходнику (14), в котором имеется полость (15). Далее жидкость под высоким давлением проходит по полости (16), попадает к распределителю (17), выполненному виде сквозных отверстий под углом 120° относительно друг друга. Из распределителя жидкость устремляется в гидравлическую камеру (12), образованную в виде полости, между верхней торцевой поверхностью распорной части, внешней цилиндрической направляющей поверхностью направляюще - распорного элемента, перемычкой (30) и внутренней поверхностью корпуса узла опоры (1). Корпус узла опоры перемещается вверх вдоль направляюще - распорного элемента под давлением жидкости совместно с запорным элементом (19), так как корпус узла опоры и корпус запорного узла (18) закреплены между собой срезным болтом (28). При этом полая втулка-цанга (19) (фиг.2), находящаяся внутри корпуса (18), за счет свободной посадки на направляющей части направляюще - распорного элемента вначале поднимается вверх без зацепления зубьев (20) и (24), а затем с полным зацеплением преодолевая расстояние «L₁» равное длине хода «L ₂» нижних плашек в окнах узла опоры до касания и последующего минимального внедрения в стенку обсадной колонны. Затем зубья (20) с вершинами направленными вниз, в плашкообразных элементах в полой втулке-цанге приходят в последующее зацепление с зубьями (24) верхней полой втулки (23), жестко посаженной на поверхности направляющей части (3) направляюще - распорного элемента, вершины которой направлены вверх, до максимального внедрения нижних плашек в стенку обсадной колонны. За счет наличия в полой втулке-цанге двух рядов сквозных прорезей (21) и (22) (фиг.2) и пружинящих свойств материала, создаются благоприятные условия для упругого последействия с отсутствием остаточных напряжений в элементах контакта кинематической пары зубьев. Неоднократные испытания модельных образцов устройства продемонстрировали надежность зубчатого сцепления и удержания в кинематической паре прочной связи в ней при значительно больших нагрузках (до 18 тонн), чем в прототипе. Такое надежное пошаговое зацепление позволяет воспользоваться запорным узлом и при поступательном перемещении вверх корпуса узла опоры, при возвратном перемещении направляюще - распорного элемента, при любой неблагоприятной ситуации (сброс давления жидкости в гидравлической камере, смещение элементов в устройстве, вибрация, большие нагрузки и т.д.). Корпус узла опоры перемещает нижние плашки вверх (фиг.3) по наклонной поверхности ребер (5) распорной части направляюще - распорного элемента (фиг.4а). Плашка (7, 11) (основная 7 и дополнительная часть 11) выполнена как «единое целое», но в месте стыковки части «свободны» между собой, но плотно установлены в корпусе узла опоры. За счет выполнения под углом места стыковки зубчатой основной и дополнительной блокирующей частью в случае смещения с Т-образного выступа (6) плашка не выпадет из «окна», так как зубчатая часть при этом в момент незапланированного смещения будет заблокирована дополнительной частью (11): зубчатая часть плашки внедрится в стенку обсадной колонны, а блокирующая часть переместиться под зубчатую основную смещенную часть. За счет конструктивных особенностей нижних плашек (фиг.3) и элементов кинематической пары повышается надежность, оперативность работы запорного узла и узла опоры в целом, не допуская момента незапланированного сбоя работы устройства в виде отсоединения корпуса узла опоры от направляюще - распорного элемента, несвоевременного страгивания направляюще - распорного элемента и т.д., сохраняя работоспособность гидравлического отклонителя. Выдвигаясь из «окон» плашки основной зубчатой частью (7) врезаются в стенку обсадной колонны (фиг.4а). Пакеры, деформируясь под воздействием корпуса узла опоры усиливают прочность закрепления узла опоры и фиксацию клина-отклонителя на стенках обсадной колонны. При этом они герметизируют зазор между клином-отклонителем, узлом опоры и стенками обсадной колонны. После завершения операции по установке и закреплению в буровой скважине гидравлического отклонителя шланг высокого давления срезают. Разгружают колонну труб, срезая болт соединяющий режущий инструмент с клином-отклонителя. Режущий инструмент перемещается по наклонной поверхности клина-отклонителя, фрезеруя стенку обсадной колонны.

В заявленном устройстве узла опоры при незапланированном сбросе давления жидкости в гидравлической камере запорный узел блокирует движение корпуса узла опоры до того момента, пока режим работы гидравлической камеры не восстановится. Плашкообразные элементы в полой втулке-цанге зубьями прочно цепляются за верхние зубья полой втулки второй части кинематической пары и зафиксируют на направляюще - распорном элементе корпус узла опоры. Исключается его перемещение вниз. В случае, если смещение корпуса узла опоры произойдет, но вокруг направляюще - распорного элемента, то за счет выполнения зубьев в кинематической паре в виде концентрических кругов рядами (вкруговую) оно не скажется отрицательно на режиме работы узла опоры и отклонителя в целом. Такой же положительный результат будет достигнут, если направляюще - распорный элемент будет под действием больших нагрузок стремится к перемещению относительно закрепленного плашками в стенке обсадной колонны корпуса узла опоры. Сработают запорный узел и составные плашки. В случае воздействия больших вибраций на гидравлический отклонитель функционирование запорного узла не нарушается, т.к. он имеет полую втулку-цангу, обладающую пружинящими свойствами и имеет два ряда сквозных прорезей, позволяющих в этих условиях цанге амортизировать. По окончанию бурения возвращают режущий инструмент на поверхность и извлекают гидравлический отклонитель вместе с узлом опоры из скважины. Для этого крюком зацепляют за верх клина-отклонителя и прикладывают усилие вверх, необходимое для разрушения срезных болтов 28, соединяющих корпус узла опоры с корпусом запорного узла, и выхода из заклинивания зубьев кинематической пары, имеющихся на поверхностях верхней полой втулки и втулки-цанги. Затем прикладывают усилие для выхода из зацепления зубчатой основной части плашек со стенкой обсадной колонны 32 (фиг.4б). Блокирующая часть плашек удерживает корпус узла опоры от смещения его в сторону от заглушки и возвращает его к заглушке по выступам в исходное положение. Узел опоры и отклонитель в целом готовы вновь к работе.

В предлагаемом устройстве корпус узла опоры и направляюще - распорный элемент могут быть выполнены из стали У 7 (ГОСТ 1439-90) или из стали 40. Срезной болт выполнен может быть из стали, выбранной исходя из условий, чтобы болты выдерживали нагрузку на запорный узел в процессе установки и эксплуатации устройства и с учетом величины необходимых усилий среза для выхода из зацепления зубьев кинематической пары. Пакеры могут быть выполнены из упругого материала типа резины с техническими требованиями по ГОСТ 6365-74. Элементы запорного узла, размещены в полости - отсеке над гидравлической камерой, могут быть выполнены из стали 40Х, 45Х.

По сравнению с прототипом заявленное устройство имеет запорный узел с более широкими функциональными возможностями, плашки выполнены разъемными и части составные находятся в контакте под углом друг другу, позволяющим усилить эффект внедрения в стенку обсадной колонны, более надежную работу их как по внедрению, так и раскреплению от стенки обсадной колонны, не создавая проблем корпусу узла опоры, как ранее. Запорный узел представляет собой изолированную систему от гидравлической камеры и более конструктивно оптимизирован. Выполнение запорного узла в виде зубчатой кинематической пары позволяет использовать его и при поступательном и при возвратном перемещении корпуса узла опоры, не допуская аварийных ситуаций в работе гидравлического отклонителя. Узел опоры способен выдерживать нагрузку в процессе эксплуатации буровой установки более, чем в 3-3,5 раза и сохранить это преимущество при многоразовом использовании извлекаемого устройства.

Источники информации

1. Патент РФ 2311522, МПК Е21В 7/00, от 19.05.06 г.(аналог)

2. Заявка 2008106538/03, от 19.02.08 г., МПК Е21В 7/00, положительное решение о выдаче патента от 28.01.09 г.(вх. 58 от 13.02.09 г.) (прототип)

3. Патент США 6755248, МПК Е21В 7/08, от 02.10.03 г.(аналог)

4. Патент США 4.397355, МПК Е21В 7/08, от 08.09.83 г.(аналог)

5. А.С. 870656, МПК Е21В 7/08, от 28.05.79 г.

Узел опоры гидравлического отклонителя, содержащий цилиндрический полый корпус с окнами под плашки, размещенные в окнах радиально под углом 120° относительно друг друга, имеющий направляюще-распорный элемент с направляющей и распорной частями, переходящими непрерывно одна в другую, направляющая часть выполнена в виде 3-гранной усеченной книзу пирамиды, ребра которой имеют выступы под плашки, плашки на лицевой поверхности имеют зубья, а на тыльной стороне - паз, соответствующий Т-образному выступу на наклонной поверхности распорной части направляюще-распорного элемента, имеющий гидравлическую камеру, образованную внутренней поверхностью корпуса узла опоры и внешней поверхностью направляющей части направляюще-распорного элемента, имеющий запорный узел, включающий полый корпус и полую запорную втулку с распорным элементом в ней, имеющий переходник и пакеры, гидравлическая камера связана с гибким шлангом высокого давления посредством выполненных соответственно в переходнике и в направляющей части направляюще-распорного элемента полостей, последняя из которых связана с гидравлической камерой через распределитель, выполненный в направляющей части в виде 3-х сквозных под углом 120° относительно друг друга отверстий, корпус узла опоры установлен с возможностью перемещения вдоль направляющей части направляюще-распорного элемента с изменением при этом объема гидравлической камеры, на торце цилиндрического полого корпуса одета заглушка, закрепленная резьбовым соединением с распорной частью направляюще-распорного элемента, отличающийся тем, что плашки, размещенные в окнах в нижней части корпуса узла опоры, выполнены из основной и дополнительной частей, соединенных под углом в месте плотного сопряжения друг с другом, основная часть плашки имеет на лицевой поверхности зубья в виде пирамиды, вершина которой находится над центром основания, ее дополнительная часть используется в качестве блокирующего элемента плашки, запорный узел размещен над гидравлической камерой в отделенной перемычкой от гидравлической камеры герметичной полости - отсеке, запорный узел представляет собой кинематическую зубчатую пару, верхняя часть которой в виде цилиндрической полой втулки размещена плотной посадкой с ограничением перемещения вверх упорной втулкой, а вниз - выступом, на направляющей части направляюще-распорного элемента, на внешней поверхности полой втулки имеются зубья, вершины которых направлены вверх под углом, нижняя часть, размещенная под верхней частью с зазором состоит из корпуса, жестко закрепленного с корпусом узла опоры срезными болтами, и полой втулки - цанги, обладающей пружинящими свойствами, которая размещена свободной посадкой на направляющей части направляюще-распорного элемента, которая имеет на верхней части внутренней поверхности ряды зубьев в виде концентрических кругов, зубья имеют вершины, направленные вниз под углом, соответствующим углу вершин зубьев на верхней полой втулке кинематической пары, а также имеет верхний и нижний ряды сквозных прорезей, прорези выполнены в направлении параллельно оси перемещения корпуса узла опоры, верхний ряд сквозных прорезей делит втулку - цангу на части, с образованием плашкообразных элементов, нижний ряд сквозных прорезей выполнен под плашкообразными элементами, расстояние L₁ между нижними рядами зубьев верхней и нижней полых втулок в кинематической паре до их сопряжения в запорном узле равно длине хода L₂ нижних плашек при их перемещении до упора в стенку обсадной колонны с минимальным внедрением в стенку зубьев плашек.