Фрезерное устройство, размещаемое в скважине

1 Область техники Настоящее изобретение относится к устройству, предназначенному для выполнения фрезерных работ в подземной скважине. Такие фрезеровочные работы могут включать расширение ствола скважины или прорезание окна в трубе скважины. В описании патента US5 551 509 и международной заявке на патент PCT/GB95/02267,номер публикации WO 96/09460, описано использование вращающегося фрезеровочного инструмента, который предназначен для вырезания окна в обсадной трубе скважины путем прижима вращающейся фрезы по направлению вниз вдоль наклонной поверхности отклоняющего клина, который установлен внутри обсадной трубы скважины в том месте, где должно быть выфрезеровано окно. В заявке на патентGB 2 306 985 описана фреза, которая прижимается в радиальном направлении к обсадной трубе, которую следует выфрезеровать с помощью гидравлических поршней, которые передвигаются в радиальном направлении от корпуса двигателя буровой коронки, и которые приводятся в действие с помощью жидкости повышенного давления, которая одновременно приводит в действие гидравлический двигатель буровой коронки. Жидкость вводится под давлением через спиральную трубку, которая также используется для вытягивания или проталкивания фрезы в продольном направлении через обсадную трубу во время работ по вырезанию окна. Недостатки известных устройств, предназначенных для фрезерования окна, состоят в том, что форма и положение окна, вырезаемого с их помощью, получаются неточными, в том,что операции по вырезанию окна занимают много времени и в результате получается существенное количество иногда крупных стружек,которые трудно удалить из скважины. Другой недостаток известных фрезерных устройств состоит в том, что вращающаяся фреза прикладывает большой и переменный тангенциальный крутящий момент к устройству,из-за чего устройство имеет тенденцию смещения в тангенциальном направлении. Известные устройства поэтому необходимо направлять с помощью средства направления, такого как отклоняющий клин, которое жестко устанавливается внутри обсадной трубы для предотвращения смещения устройства во время операции фрезерования. Устройство для фрезерования в соответствии с преамбулой п.1 формулы изобретения известно из патента US 1 731 553. В известном устройстве фреза приводится в действие с помощью вала и сложного механизма передачи,состоящего из конических зубчатых колес, который является громоздким и ненадежным и поэтому не практичен для использования внутри скважины. 2 Целью настоящего изобретения является уменьшение недостатков известных устройств для фрезерования. Краткое описание изобретения Устройство в соответствии с настоящим изобретением содержит гибкий приводной вал,как описано в отличительной части п.1 формулы изобретения. Предпочтительно данное устройство снабжено парой вращающихся в противоположные стороны фрез, которые прикладывают тангенциальные крутящие моменты к устройству в противоположных направлениях так, что они нейтрализуют друг друга. Такие вращающиеся в противоположные стороны фрезы могут вырезать в обсадной трубе или в других трубах скважины четко ограниченное окно, которое имеет хорошо отполированные края, которые можно легко герметично закрыть. Предпочтительно механизм привода содержит гидравлический двигатель типа Моино(Moineau), который имеет ротор, установленный с возможностью вращения с верхнего конца корпуса статора, и который прикреплен к верхнему концу гибкого вала привода, и механизм поворота содержит гидравлический поршень,который установлен с возможностью перемещения внутри корпуса статора между выходом двигателя Моино (Moineau) и наклонной верхней поверхностью опускаемой головки так, что при использовании устройства жидкость привода с повышенным давлением, выходящая из двигателя, прижимает поршень к указанной наклонной верхней поверхности опускаемой головки, с помощью чего опускаемая головка поворачивается по направлению к ее выдвинутому положению. В этом случае предпочтительно, чтобы гидравлический поршень был установлен с возможностью перемещения вокруг гибкого вала,причем гибкий вал изготавливается из упругого материала и прикладывает остаточный крутящий момент к опускаемой головке так, что этот момент заставляет опускаемую головку поворачиваться по направлению к ее убранному положению в отсутствие гидравлического давления,прикладываемого к поршню. Также предпочтительно, чтобы в случае,когда устройство используется в качестве устройства фрезерования окна в обсадной трубе,коробка сбора стружки была прикреплена к корпусу под фрезами, при этом, при использовании устройства, гидравлическая жидкость привода, выходящая из двигателя, смывает стружку с фрез в коробку сбора стружки. Следует отметить, что в европейской заявке на патент 0798443 описывается узел направленного бурения, в котором буровая коронка приводится с помощью вала, содержащего карданное соединение, и в заявке на патент GB 2 311 547 описывается гидромониторное уст 3 ройство, предназначенное для работы внутри скважины, которое содержит гидромонитор,подключенный к гибкому трубопроводу так, что этот гидромонитор может производить бурение нового ствола скважины. Краткое описание чертежей Эти и другие свойства, цели и преимущества фрезеровального устройства в соответствии с настоящим изобретением будут очевидны из нижеследующего подробного описания со ссылкой на чертежи, на которых фиг. 1 представляет вид сбоку фрезеровального устройства, в соответствии с настоящим изобретением, с парой фрез в убранном положении; фиг. 2 представляет схематичное изображение с продольным сечением фрезеровального устройства по п.1; фиг. 3 изображает фрезеровальное устройство по фиг. 2, в котором фрезы выдвинуты и вырезают окно в обсадной трубе скважины; и фиг. 4 изображает альтернативный вариант воплощения устройства в соответствии с настоящим изобретением, в котором данное устройство используется в качестве раздвижного бурового расширителя. Подробное описание изобретения На фиг. 1 изображено фрезеровальное устройство, имеющее корпус 1 статора, опускаемую головку 2 и пару вращающихся в противоположных направлениях спаренных фрез 3 и 4. Спаренные фрезы 3 и 4 повернуты по направлению друг к другу относительно центральной плоскости симметрии устройства, которая ортогональна плоскости рисунка фиг. 1 и которая пересекает плоскость рисунка по центральной оси 5. Опускаемая головка 2 подвешивается с возможностью поворота внутри корпуса 1 статора с помощью пары шарнирных шпилек 6,которые позволяют опускаемой головке 2 вращаться вокруг оси 7 вращения, которая, по существу, ортогональна центральной оси 5 и центральной плоскости симметрии устройства. Опускаемая головка 2 содержит коробку передач (не показана), которая имеет гибкий входной вал 9 и пару параллельных выходных валов 8, на которых установлены фрезы 3 и 4 и которые вращаются по отношению к опускаемой головке 2 с равными скоростями вращения,но в противоположных направлениях, что обозначено стрелками 10, в соответствии с вращением, обозначенным стрелкой 12, гибкого входного вала 7 по отношению к корпусу 1 статора с помощью гидравлического двигателя типа Моино или другого гидравлического или электрического двигателя (не показан). Фрезы 3 и 4 содержат, по существу, цилиндрические корпуса, на которых установлены спиральные режущие зубья 11 под аналогичными, но противоположно направленными углами 4 наклона так, что эти зубья перекрещиваются в центральной плоскости симметрии устройства. Когда фрезеровальное устройство опускается через скважину, опускаемая головка 2 и фрезы 3 и 4 устанавливаются в убранное состояние - положение для транспортировки, в котором фрезы 3 и 4 располагаются, по существу, параллельно центральной оси 5 устройства и не выступают за пределы корпуса 1 статора, как изображено на фиг. 1 и 2. На фиг. 2 показано,что в положении для транспортировки гибкий вал 9 принимает изогнутую форму, и что опускаемая головка 2 имеет наклонную верхнюю поверхность 13, которая имеет вершину 14, которая соединяется с нижним краем поршня 15,который устанавливается с возможностью продольного перемещения внутри корпуса 1 статора. Поршень 15 и верхняя наклонная поверхность 13 опускаемой головки вместе формируют шарнирный механизм, который заставляет опускаемую головку 2 поворачиваться по направлению к ее выдвинутому положению, которое изображено на фиг. 3. На фиг. 3 показано, что жидкость, выходящая из гидравлического двигателя, проходит через кольцевое отверстие 16 между верхним торцом 17 поршня 15 и гибким валом 9 во внутреннее пространство 18 поршня 15, как показано стрелками 19. В результате сопротивления потоку кольцевого отверстия 16 создается разность гидравлического давления между полостью 20, расположенной выше поршня 15 и внутренним пространством 18 поршня, которая заставляет поршень перемещаться со скольжением по направлению вниз через корпус 1 статора, как показано стрелками 21. Движение поршня по направлению вниз также толкает верхнюю часть 14 наклонной верхней поверхности 13 опускаемой головки 2 по направлению вниз, что заставляет опускаемую головку 2 поворачиваться вокруг оси шарнира, как показано стрелкой 31. Фрезы 3 и 4 поворачиваются вместе с опускаемой головкой 2 вокруг оси 7 шарнира по направлению к их выдвинутому положению и одновременно вращаются валами 8 и, таким образом, фрезеруют окно 22 в обсадной трубе 23, окружающей устройство. Поворот фрез 3 и 4 по направлению наружу продолжается до тех пор, пока вся наклонная верхняя поверхность 13 опускаемой головки 2 не войдет в контакт с нижним торцом поршня 15, причем в этом положении фрезы 3 и 4 выдвигаются на заранее заданное положение из корпуса 1 статора. Жидкость выпускается из внутреннего пространства 18 поршня через выходное отверстие 24, которое выпускает жидкость с высокой скоростью по направлению к фрезам 3 и 4, благодаря чему их режущие зубцы 11 охлаждаются, и смывается стружка 25. Жидкость затем циркулирует через коробку 26 сбора 5 стружки, которая подвешена в нижней части корпуса 1 статора, как показано стрелками 27. Направляющая пластина 28 в коробке 26 сбора служит для уменьшения скорости жидкости так,что стружка может быть отделена под действием силы тяжести и/или магнитных сил от жидкости и осаждается на дне коробки, в то время,как жидкость выпускается из отверстия 29 в верхней части коробки 26 в кольцевое пространство, окружающее устройство. По мере того, как фрезы 3 и 4 вырезают окно 22 в обсадной трубе 23 скважины, устройство вытягивается по направлению вверх через обсадную трубу, как изображено стрелками 30 с помощью поршня (не показан), расположенного над устройством, до тех пор, пока не будет сформировано окно 22 требуемой длины. Предпочтительно, чтобы устройство было подвешено внутри обсадной трубы 23 на спиральной трубе или на бурильной колонне (не показана) и чтобы спиральная труба или бурильная колонна постепенно поднималась вверх во время операции фрезерования в то время, как поршень, расположенный выше устройства, обеспечивал бы передвижение устройства через обсадную трубу 23 с точно определенной скоростью и на точно определенное расстояние. Балансирующие силы, прикладываемые фрезами 3 и 4 к корпусу статора, позволяют устройству фрезеровать прямое и четко сформированное окно в обсадной трубе 23 скважины быстро и точно, не оставляя стружки во внутреннем пространстве обсадной трубы. Следует понимать, что в случае необходимости фрезы могут иметь нецилиндрическую форму, такую как форму усеченного конуса. В таком случае предпочтительно, чтобы оси вращения фрез пересекались друг с другом в центральной плоскости устройства. На фиг. 4 изображен вариант воплощения устройства в соответствии с настоящим изобретением, в котором устройство используется для расширения ствола скважины в подземной скважине, не снабженной обсадной трубой. Верхняя часть устройства, изображенного на фиг. 4, аналогична верхней части устройства,изображенного на фиг. 1-3 и одинаковые номера ссылок обозначают одинаковые компоненты. Устройство, изображенное на фиг. 4, однако, не содержит коробки для сбора стружки и имеет корпус 1 статора, который вращается вокруг центральной оси 5, как показано стрелкой 40. Устройство по фиг. 4 имеет одну фрезу 4,которая расширяет буровую скважину 41 в результате одновременного вращения корпуса статора и фрезы 4 по отношению к опускаемой головке 2. Опускаемая головка 2 выдвигается и убирается таким же способом, который описан со ссылками на фиг. 1-3. Гибкий вал 9 подключен к выходному валу 8 через коробку передач, размещенную в опус 002048 6 каемой головке 2, или в качестве альтернативы может быть выполнен как единое целое с выходным валом 8. Если требуется, устройство расширения скважины, изображенное на фиг. 4,может быть снабжено парой вращающихся в противоположных направлениях парных фрез 4,аналогичных изображенным на фиг. 1-3. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство, предназначенное для проведения фрезеровальных работ в подземной скважине, причем это устройство содержит корпус (1) статора, опускаемую головку (2), которая установлена с возможностью поворота на корпусе (1), и которая снабжена одной или большим количеством вращающихся фрез (3, 4),механизм привода, предназначенный для вращения каждой фрезы (3, 4) по отношению к опускаемой головке (2), и механизм (6) поворота, предназначенный для поворота опускаемой головки по отношению к корпусу вокруг оси (5) шарнира между убранным положением, в котором каждая фреза (3, 4), по существу, совмещена с корпусом (1) статора, и выдвинутым положением, в котором каждая фреза (3, 4) выдвинута на определенный угол в поперечном направлении от корпуса (1), в котором корпус статора определяет продольную центральную плоскость устройства, которая, по существу, ортогональна оси (5) шарнира, отличающееся тем, что механизм привода содержит гибкий вал (9) привода,который вращается вокруг оси вращения, установлен в центральной плоскости и формирует входной вал, который прямо или опосредованно подключен к каждому выходному валу (8), на которых установлены фрезы (3, 4). 2. Устройство по п.1, в котором опускаемая головка (2) снабжена парой вращающихся в противоположных направлениях фрез (3, 4),которые установлены на выходных валах (8),которые вращаются вокруг осей вращения, параллельных друг другу и установленных, по существу, на равных расстояниях от центральной плоскости устройства, причем эти фрезы (3,4) имеют, по существу, цилиндрические корпуса, на которых установлены спиральные режущие зубья (11) так, что углы спиралей режущих зубов (11) идентичны, но направлены противоположно по отношению друг к другу, и режущие зубцы (11) расположенных рядом друг с другом фрез поворачиваются друг к другу в центральной плоскости устройства или вблизи к ней. 3. Устройство по п.1, в котором опускаемая головка (2) снабжена парой вращающихся в противоположных направлениях фрез, которые установлены на выходных валах (8), вращающихся вокруг осей вращения, пересекающихся друг с другом в точке пересечения, расположенной в центральной плоскости, и эти фрезы имеют корпуса в форме усеченного конуса, на которых установлены взаимно пересекающиеся режущие зубцы. 4. Устройство по п.1, в котором механизм привода содержит гидравлический двигатель,имеющий ротор, установленный с возможностью вращения в корпусе (1) статора и прикрепленный к гибкому валу (9) привода. 5. Устройство по п.4, в котором гидравлический двигатель представляет собой двигатель типа Моино, установленный на верхнем торце корпуса (1) статора, и в котором шарнирный механизм содержит гидравлический поршень(15), установленный с возможностью продольного перемещения внутри корпуса статора между выходным отверстием двигателя Моино и наклонной верхней поверхностью (13) опускаемой головки (2) так, что при использовании устройства повышенное давление приводной жидкости, выходящей из двигателя, прижимает поршень к наклонной верхней поверхности опускаемой головки, с помощью чего опускае мая головка поворачивается по направлению к ее выдвинутому положению. 6. Устройство по п.4, в котором гидравлический поршень (15) установлен с возможностью продольного передвижения вокруг гибкого вала (9), и гибкий вал (9) изготовлен из упругого материала и прикладывает остаточный крутящий момент к опускаемой головке (2), причем этот момент заставляет опускаемую головку поворачиваться по направлению к ее убранному положению в отсутствие гидравлического давления, приложенного к поршню (15). 7. Устройство по любому из пп.2 или 5, в котором данное устройство пригодно для фрезерования окна в трубе скважины, причем коробка (26) сбора стружки прикреплена к корпусу ниже фрез (3, 4), и при использовании устройства гидравлическая жидкость привода, выходящая из двигателя, смывает стружку (25) с фрез (3, 4) в коробку (26) сбора стружки.