Однорейсовая фрезеровальная система

009494 Настоящее изобретение относится к устройству и способу для прорезания окна в обсадной трубе,чтобы, в результате, просверлить скважину с искривленным стволом, идущую из данной обсадной трубы в геологическую породу. Например, в патенте US6648068 речь идет об обсадной трубе ствола скважины, от которой желательно забурить новый ствол, для чего следует опустить скважинный отклонитель в комбинации с конической фрезой в обсадную трубу, прикрепить скважинный отклонитель к обсадной трубе, а когда этот скважинный отклонитель должным образом сориентирован, разорвать связь, соединяющую фрезу и скважинный отклонитель, и вращать фрезу, одновременно перемещая ее вниз относительно скважинного отклонителя, чтобы прорезать окно в стенке обсадной трубы и таким образом продолжать врезаться в породу в требуемом направлении. Как раскрывается в патенте US6648068, скважинный отклонитель может иметь пологие откосы,чтобы перемещать фрезу радиально наружу, поперек внутренней стенки обсадной трубы, и могут иметься два пологих откоса с углом наклона в 15, а в промежутке между ними еще один откос с углом наклона, составляющим примерно 3 относительно продольной оси обсадной трубы. Данная фреза образована множеством расположенных по окружности радиально простирающихся лезвий, каждое из которых скошено под углом около 15, при этом лезвия фрезы покрыты режущим материалом. Вверху по ходу от конической фрезы в бурильной трубе могут последовательно быть расположены каплеобразная фреза и дынеобразная фреза. Следует понимать, что в процессе вырезания окна в обсадной трубе и забуривания с проходом через породу нового ствола из этой скважины производство энергии прекращается, приводя, таким образом, к потере доходов. Таким образом, желательно выполнить операции по фрезерованию и забуриванию нового ствола как можно быстрее. Настоящее изобретение ставит своей целью предоставить устройство и способ для достижения этой цели. Согласно первому объекту настоящего изобретения предлагается система оборудования для забуривания нового ствола из скважины, включающая пару аксиально соединенных фрез, расположенных по продольной оси, где каждая из этих фрез имеет множество расположенных по окружности радиально продолжающихся скошенных лезвий, каждое из которых имеет скошенный участок, при этом, по меньшей мере, некоторые из этих лезвий имеют режущую поверхность, предназначенную для прорезания окна в обсадной трубе и дальнейшего забуривания нового ствола в породу, а также скважинный отклонитель, имеющий по меньшей мере три аксиально разнесенных пологих откоса на нем, при этом каждый пологий откос перемежается, по существу, с аксиально продолжающимся участком и при этом каждый указанный пологий откос имеет, по существу, один и тот же угол наклона относительно продольной оси и тот же самый угол наклона, как у скоса на указанном скошенном участке лезвий, при этом расстояние между пологими откосами является, по существу, тем же самым, что и расстояние между скошенными участками на лезвиях последовательно соединенной пары фрез, где эти пологие откосы являются опорой для обеих фрез до того, как эти фрезы прорежут обсадную трубу, в которой расположена указанная система оборудования. Предпочтительно, чтобы верхняя по ходу фреза имела больший диаметр, чем фреза, расположенная по ходу ниже, и при этом верхняя по ходу фреза приспособлена для прорезания обсадной трубы до того,как она будет прорезаться фрезой, расположенной ниже по ходу. В предпочтительном варианте, в направлении конца с меньшим диаметром, по меньшей мере, на нескольких из указанных лезвий каждой из указанных фрез имеется штабик из более твердого материала, чтобы, контактируя с пологими откосами, не дать возможность фрезе врезаться в пологие откосы скважинного отклонителя и способствовать перемещению этих фрез радиально наружу с целью прорезания указанного окна. Предпочтительно, чтобы все указанные лезвия имели предусмотренный на них штабик. Предпочтительно, чтобы указанная режущая поверхность была обеспечена одним или несколькими материалами, такими как натуральный алмаз, поликристаллический алмаз и карбид вольфрама. Предпочтительно, чтобы указанные штабики имели выпуклую внешнюю поверхность для абразивного контакта с указанным скважинным отклонителем. Предпочтительно, чтобы указанные штабики были выполнены из натурального алмаза или поликристалического алмаза. Предпочтительно, чтобы указанный угол наклона каждого пологого откоса и скос указанного скошенного участка на лезвиях находились в пределах между 7 и 30 относительно продольной оси, а еще предпочтительнее, чтобы они составляли 18 относительно этой продольной оси. В настоящем изобретении предлагается однорейсовая фрезеровальная система для прорезания окна в обсадной трубе, включающая фрезу, имеющую множество расположенных по окружности радиально продолжающихся лезвий, где каждое из этих лезвий имеет скошенный участок и, по меньшей мере, некоторые из указанных лезвий имеют режущую поверхность для прорезания указанного окна, и штабик из более твердого материала, расположенный, по меньшей мере, на нескольких указанных лезвиях ближе к концу с меньшим диаметром и служащий для контакта с конусной поверхностью скважинного отклонителя для перемещения указанной фрезы радиально наружу с целью прорезания указанного окна.-1 009494 Предпочтительно, чтобы все указанные лезвия имели режущую поверхность. Предпочтительно, чтобы все указанные лезвия имели штабик на них. Предпочтительно, чтобы указанная режущая поверхность была обеспечена одним или несколькими материалами, такими как натуральный алмаз, поликристаллический алмаз и карбид вольфрама. Предпочтительно, чтобы указанные штабики имели выпуклую внешнюю поверхность для абразивного контакта с указанным скважинным отклонителем. В предпочтительном варианте предлагаются две последовательно соединенные фрезы, при этом фреза, расположенная выше по ходу, имеет больший диаметр, чем фреза, расположенная ниже. Предпочтительно, чтобы скос указанного скошенного участка находился в пределах между 7 и 30 относительно продольной оси указанной системы, и еще предпочтительнее, чтобы он составлял 18 относительно продольной оси указанной системы. Согласно второму объекту настоящего изобретения предлагается способ забуривания нового ствола скважинным инструментом, включающий следующие этапы: опускание пары последовательно соединенных фрез, разъемно присоединенных к скважинному отклонителю, в обсадную трубу буровой скважины, при этом каждая из указанных фрез имеет множество расположенных по окружности и радиально продолжающихся лезвий, где каждое лезвие имеет скошенный участок, а указанный скважинный отклонитель имеет по меньшей мере три аксиально разнесенных друг от друга пологих откоса, и при этом каждый пологий откос перемежается, по существу, с аксиально продолжающимся участком, и при этом каждый указанный пологий откос имеет, по существу, одинаковый угол наклона относительно продольной оси, и скос на указанном скошенном участке указанных лезвий имеет такой же угол наклона, при этом расстояние между пологими откосами является, по существу,тем же самым, что и расстояние между скошенными участками лезвий,ориентирование скважинного отклонителя таким образом, чтобы пологие откосы располагались под углом к требуемой ориентации для прорезания окна и проходки через указанную породу к требуемому местоположению новой скважины,освобождение соединения между фрезами и скважинным отклонителем,вращение фрез и перемещение указанных фрез вниз так, что скошенные лезвия каждой соответствующей фрезы входят в абразивный контакт с соответствующим пологим откосом, при этом перемещение вниз указанных фрез при контакте с указанными пологими откосами приводит к тому, что находящаяся вверху по ходу фреза первой начинает прорезать обсадную трубу, а продолжающееся перемещение вниз заставляет фрезу, находящуюся внизу по ходу, также прорезать обсадную трубу, в результате продолжающееся перемещение вниз приводит к прорезанию окна в этой обсадной трубе и дает возможность проводить операции по забуриванию нового ствола из этой скважины, проходя через породу. Поскольку расположенная ниже по ходу фреза имеет меньший диаметр, чем фреза, расположенная выше, скорость врезания возрастает, приводя, таким образом, к более быстрому забуриванию нового ствола. Далее настоящее изобретение будет описано в качестве примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, в которых фиг. 1 показывает в соответствии с настоящим изобретением продольное сечение обсадной трубы с размещенной там системой оборудования для забуривания нового ствола из скважины; фиг. 2, 3 и 4 показывают частичный вид различных эксплуатационных положений фрезы вдоль скважинного отклонителя во время операций по вырезанию окна в обсадной трубе и фиг. 5 показывает частичный вид внутренней поверхности скважинного отклонителя. На данных чертежах одинаковые ссылочные номера обозначают одинаковые детали. На фиг. 1 скважина, выполненная в породе 1, облицована трубообразной, обычно стальной, оболочкой - обсадной трубой 2. В этой обсадной трубе размещен скважинный отклонитель 3, который после соответствующего ориентирования закрепляется в правильном положении внутри обсадной трубы крепежным механизмом 4, управляемым, например, линией гидравлической подачи 5 или, в альтернативном варианте, с помощью механических средств. Однорейсовая фрезеровальная система 6, имеющая продольную ось, сформирована на воротнике 7 бурильной трубы с помощью последовательного соединения первой фрезы 8, имеющей множество разнесенных по окружности радиально продолжающихся лезвий,со второй фрезой 9, также имеющей множество разнесенных по окружности радиально простирающихся лезвий, и с так называемой дынеобразной фрезой 10. По меньшей мере, некоторые из скошенных лезвий,а в предпочтительном варианте все эти лезвия имеют режущую поверхность, покрытую одним или несколькими видами материалов, такими как натуральный алмаз, поликристаллический алмаз и карбид вольфрама. Причем первая фреза имеет меньший диаметр, чем вторая фреза, о чем будет написано далее. Изначально, как показано на фиг. 2, фрезеровальная система 6 прикрепляется к скважинному отклонителю 3 с помощью разъемного соединительного элемента 21. Обычно этот разъемный соединительный элемент представлен ломким болтом 21, прикрепленным к скважинному отклонителю и изначально также и к фрезеровальной системе, например к первой фрезе 8. Скважинный отклонитель 3 имеет внешнюю поверхность дугообразной формы, чтобы приблизительно соответствовать внутренней поверхности обсадной трубы 2, при этом данный скважинный откло-2 009494 нитель имеет внутреннюю дугообразную вогнутую поверхность для взаимодействия с фрезами фрезеровальной системы 6. Этот скважинный отклонитель оснащен пологими откосами 31, 32 и 33, продольно разнесенными вдоль данного скважинного отклонителя, при этом данные пологие откосы имеют угол наклона относительно продольной оси обсадной трубы в пределах от 7 до 30 и, в предпочтительном варианте, 18 угловых градусов. Показаны три таких пологих откоса, хотя при желании их может быть больше. Эти пологие откосы отделены друг от друга, по существу, прямыми секциями 34, 35 с углом наклона 0-5 относительно продольной оси обсадной трубы. Как показано на фиг. 5, поверхности пологих откосов могут иметь покрытия, состоящие из алмазных или карбидовольфрамовых элементов 36, чтобы обеспечить сопротивление истиранию относительно фрезеровальных систем 6. В предпочтительном варианте эти элементы обычно припаиваются к скважинному отклонителю, и при этом они могут иметь плоскую или куполообразную внешнюю поверхность. Количество же таких элементов может быть больше или меньше, чем показано на чертеже. Каждая из фрез: первая фреза 8 и вторая фреза 9, имеют множество лезвий 81, 91, которые имеют,например, параболическую форму, по существу, с плоскими скошенными участками 82, 92, при этом каждый их этих участков заострен в направлении забоя скважины, чтобы обеспечить угол наклона относительно продольной оси фрезеровальной системы, составляющей от 7 до 30, предпочтительно 18, так как желательно, чтобы он совпадал с углом, под которым расположены пологие откосы 31, 32, 33 на скважинном отклонителе. На нижнем участке некоторых, а в предпочтительном варианте всех скошенных участков 82, 92, находится штабик 83, 93 из более твердого материала, например из натурального алмаза или из поликристаллического алмаза. Этот штабик 83, 93 утоплен в отверстии, находящемся, по меньшей мере, на некоторых лезвиях, а в предпочтительном варианте на всех лезвиях, таким образом,что только 5-10% этого штабика возвышаются над лезвием. Обычно этот штабик возвышается над лезвием приблизительно на 0,8 мм, и при этом данный штабик может иметь плоскую или, в предпочтительном варианте, выпуклую внешнюю поверхность, чтобы уменьшить истирание относительно пологих откосов 31, 32, 33 скважинного отклонителя. Предпочтительно, чтобы такими штабиками были обеспечены все лезвия. Оба лезвия 81, 91 имеют скошенные участки 82, 92, соединенные на их нижнем конце режущей поверхностью 84, 94, имеющей больший угол наклона, а на верхнем конце со скошенным участком, который является, по существу, вертикально продолжающейся режущей поверхностью 85, 95, соответственно, которая, в свою очередь, соединена с наклоненным внутрь режущим участком 86, 96, соответственно. Нижний конец фрезы 8 снабжен приблизительно горизонтальной режущей поверхностью 87. При работе, проводимой с целью выполнения операции по забуриванию нового ствола, комбинированное оборудование, состоящее из скважинного отклонителя и однорейсовой фрезеровальной системы,соединяются вместе болтом 21 в положении, показанном на фиг. 2, и опускаются в обсадную трубу 2. Достигнув надлежащей позиционной высоты внутри этой обсадной трубы, крепежный механизм 4, присоединенный к скважинному отклонителю с помощью центрирующего выступа 22, вращением ориентируется в положение с требуемыми полярными координатами, чтобы иметь возможность отклониться в сторону в расположение нового ствола. Крепежный механизм 4 управляется гидравлически, в предпочтительном воплощении - через линию гидравлической подачи 5, а болтовое соединение 21 между скважинным отклонителем и фрезеровальной системой 6 раскрепляется предпочтительно разломом, чтобы отклонить болт, перемещая фрезеровальную систему вертикально вверх или вниз. В этом смысле, в отличие от системы, показанной в патенте US6648068, представляется возможным отклонить болт 21 в направлении вниз, поскольку нижняя первая фреза 8 не соединяется ни с одним из пологих откосов 31,32, а располагается в промежуточном положении. Когда фрезеровальная система 6 освобождается от скважинного отклонителя, то эта фрезеровальная система вращается и перемещается продольно вниз в пределах обсадной трубы 2 так, что штабики 83, 93 входят в абразивный контакт с элементами 36 на пологих откосах 31, 32. Благодаря штабикам 83, 93 и элементам 36 пологие откосы скважинного отклонителя обычно защищены от воздействия на них режущих поверхностей фрез 8, 9, чего нельзя достичь с оборудованием предшествующего уровня техники. Более того, поскольку расстояние между скошенными участками первой и второй фрез является тем же самым, как и расстояние между пологими откосами скважинного отклонителя, то каждая фреза 8, 9 имеет лезвия, которые сцепляются с соответствующим пологим откосом, деля тем самым с этим откосом направленную вниз силу, которая применяется к данной фрезеровальной системе. Таким образом, нагрузка резания распределяется приблизительно поровну между пологими откосами 31, 32, и поэтому при использовании настоящего изобретения представляется возможным увеличить направленную вниз силу,чего нельзя сделать с оборудованием предыдущего уровня техники, где с одним пологим откосом сцепляется одна-единственная конусообразная фреза. Штабики 83, 93 также уменьшают риск врезания, скорее, в скважинный отклонитель, а не в обсадную трубу. В положении, показанном на фиг. 3, аксиально и продольно расположенная нижняя первая фреза 8 имеет внешний диаметр меньшего размера, чем диаметр находящейся выше по ходу второй фрезы 9, и этот диаметр имеет такой размер, что фрезу можно разместить вблизи прямой секции 34, при этом вторая фреза 9 имеет такой диаметр, который является немного меньше внутреннего диаметра обсадной трубы-3 009494 2. Желательно, чтобы режущая поверхность хотя бы только начинала прорезать окно в обсадной трубе прежде, чем штабик коснется стенки обсадной трубы. При продольном перемещении лезвий фрезы вниз по соответствующим пологим откосам 31, 32 данная фрезеровальная система отклоняется от оси вправо(как показано на чертежах), в результате чего режущая поверхность лезвий 91 начинает прорезать окно в обсадной трубе 2. При совершении непрерывных перемещений по пологим откосам 31, 32 режущие поверхности первой фрезы также входят в контакт со стенкой обсадной трубы и начинают фрезерование еще одного окна. Когда фрезы 8, 9 пересекли прямую секцию 35, 34, то окно, фрезеруемое верхней по ходу фрезой 9,открывается в окно, выфрезерованное первой фрезой 8. Дальнейшее перемещение вниз фрез 8, 9 заставляет их перемещаться вдоль пологих откосов 32, 33 и вызывает дальнейшее отклонение фрезеровальной системы до тех пор, пока лезвия фрезы 9 не войдут в абразивный контакт с пологим откосом 33, так что фреза 8 больше не контактирует со скважинным отклонителем, а перемещается во врезаемую породу по мере того, как она затем проходит вдоль следующей прямой секции 36 и скошенной секции 37, имеющей угол, обычно составляющий от 3 до 15 относительно продольной оси. Поскольку ведущая фреза, то есть первая фреза 8, расположенная внизу по ходу, имеет меньший диаметр, чем фреза 9, то представляется достижимой большая скорость врезания, особенно при прохождении через породу. Непрерывное перемещение фрезеровальной системы вниз заставляет фрезы выйти из обсадной трубы 2 и пройти, вырезая породу 1, к новому месту заложения скважины. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Система оборудования для забуривания нового ствола из скважины, включающая пару аксиально соединенных фрез (8, 9), расположенных по продольной оси, отличающаяся тем, что каждая из этих фрез имеет множество расположенных по окружности радиально продолжающихся скошенных лезвий (81,91), каждое из которых имеет скошенный участок (82, 92), при этом, по меньшей мере, некоторые из этих лезвий имеют режущую поверхность (84-86; 94-96), предназначенную для прорезания окна в обсадной трубе (2) и дальнейшего забуривания нового ствола в породу; а также скважинный отклонитель (3),имеющий по меньшей мере три аксиально разнесенных пологих откоса (31-33), при этом каждый пологий откос перемежается, по существу, с аксиально продолжающимся участком (34, 35), и при этом каждый указанный пологий откос имеет, по существу, один и тот же угол наклона относительно продольной оси и тот же самый угол наклона, как у скоса указанного скошенного участка лезвий, при этом расстояние между пологими откосами является, по существу, тем же самым, что и расстояние между скошенными участками на лезвиях последовательно соединенной пары фрез, где эти пологие откосы являются опорой для обеих фрез до того, как эти фрезы прорежут обсадную трубу, в которой расположена указанная система оборудования. 2. Система по п.1, в которой верхняя по ходу фреза (9) имеет больший диаметр, чем фреза (8), расположенная по ходу ниже, и при этом верхняя по ходу фреза приспособлена для прорезания обсадной трубы до того, как она будет прорезаться фрезой, расположенной ниже по ходу. 3. Система по п.1 или 2, в которой в направлении конца с меньшим диаметром, по меньшей мере, на нескольких из указанных лезвий каждой из указанных фрез имеется штабик (83, 93) из более твердого материала, чтобы, контактируя с пологими откосами, не дать возможность фрезе врезаться в пологие откосы скважинного отклонителя и способствовать перемещению этих фрез радиально наружу с целью прорезания указанного окна. 4. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой все указанные лезвия имеют штабики. 5. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой указанная режущая поверхность (84-86; 94-96) покрыта одним или несколькими материалами, такими как натуральный алмаз, поликристаллический алмаз и карбид вольфрама. 6. Система по п.4, в которой указанные штабики имеют выпуклую внешнюю поверхность для абразивного контакта с указанным скважинным отклонителем. 7. Система по п.4 или 6, в которой указанные штабики выполнены из натурального алмаза или поликристаллического алмаза. 8. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой указанный угол наклона каждого пологого откоса и скос указанного скошенного участка лезвий находятся в пределах между 7 и 30 относительно продольной оси. 9. Система по п.8, в которой указанный угол составляет 18 относительно продольной оси указанной системы. 10. Способ забуривания нового ствола скважинным инструментом, включающий следующие этапы: опускание пары последовательно соединенных фрез (8, 9), разъемно присоединенных к скважинному отклонителю, в обсадную трубу буровой скважины, при этом каждая из указанных фрез имеет множество расположенных по окружности радиально продолжающихся лезвий (81, 91), гдекаждое лезвие имеет скошенный участок (82, 92), а указанный скважинный отклонитель имеет по меньшей мере три аксиально разнесенных друг от друга пологих откоса (31-33) на нем, и при этом каждый упомянутый-4 009494 пологий откос перемежается, по существу, с аксиально продолжающимся участком (34, 35), при этом каждый указанный пологий откос имеет, по существу, одинаковый угол наклона относительно продольной оси и скос на указанном скошенном участке указанных лезвий имеет такой же угол наклона, причем расстояние между пологими откосами является, по существу, тем же самым, что и расстояние между скошенными участками лезвий,ориентирование скважинного отклонителя таким образом, чтобы пологие откосы располагались под углом к требуемой ориентации для прорезания окна и проходки через указанную породу к требуемому местоположению новой скважины,освобождение соединения между фрезами и скважинным отклонителем,вращение фрез и перемещение указанных фрез вниз так, что скошенные лезвия каждой соответствующей фрезы входят в абразивный контакт с соответствующим пологим откосом, при этом перемещение вниз указанных фрез при контакте с указанными пологими откосами приводит к тому, что находящаяся вверху по ходу фреза первой начинает прорезать обсадную трубу, а продолжающееся перемещение вниз заставляет фрезу, находящуюся внизу по ходу, также прорезать обсадную трубу, в результате,продолжающееся перемещение вниз приводит к прорезанию окна в этой обсадной трубе и дает возможность проводить операции по забуриванию нового ствола из этой скважины, проходя через породу.