Фрезеры скважинные раздвижные

Раздвижные фрезеры (ФР) являются разновидностью раздвижных буровых инструментов — расширителей — и применяются для сплошного вырезания или отрезания участка обсадной колонны, что бывает необходимо в следующих случаях:

1. Вырезание участка обсадной колонны для последующего бурения бокового или горизонтального ствола.
2. Вырезание участков обсадной колонны в интервалах ее негерметичности для проведения ремонтно-изоляционных работ.
3. Фрезерование эксплуатационной колонны в зоне перфорации с целью расширения ствола скважины, формирования гравийного фильтра или продолжения эксплуатации открытым забоем.
4. Отрезание обсадных труб в скважине с целью их извлечения при ликвидации скважины.
5. Фрезерование обсадной колонны с целью изоляции одного из горизонтов в продуктивной зоне.

К этой группе инструментов необходимо отнести также различные труборезы, трубоотрезки и вырезающие устройства.

При использовании второй схемы выдвижение режущих органов происходит при движении шпинделя, кинематически связанного с поршнем, относительно присоединенного к бурильной колонне корпуса за счет перепада давления промывочной жидкости.

Такая схема принята за основу большинства выпускаемых раздвижных фрезеров: ФКР, УВ и УВУ, ФР, секционных фрезеров «Везерфорд»  и др. К достоинствам данной схемы можно отнести возможность использования сигнализатора окончания врезки в обсадную колонну по падению давления промывочной жидкости.

Анализ конструкций раздвижных инструментов позволяет выделить пять вариантов передачи усилия режущим органам, используемым в схеме «подвижный шпиндель — неподвижный корпус». На рис. 35 выдвижение лопастей из пазов корпуса в рабочее положение происходит при движении штока вниз относительно корпуса за счет передачи усилия через специальные выступы на лопастях. Серия расширителей РР, расширители серии XL2 и расширители РРА оснащены лопастями, специальные выступы на которых выполнены в форме зубьев. Такое выполнение является очень надежным с точки зрения предотвращения заклинки инструмента в скважине и позволяет обеспечить максимальный вылет лопастей за счет увеличения угла поворота лопасти относительно оси-шарнира до 90°.

Недостатком данного варианта, применительно к фрезерному раздвижному инструменту, является невозможность создания достаточного усилия врезки режущих органов, особенно при диаметре корпуса менее 140 мм, из-за небольшого, по сравнению с длиной лопасти, плеча передачи усилия штока относительно шарнира на лопасть. Для раздвижных расширителей, при решении задачи получения максимального расширения ствола скважины, данная схема, по нашему мнению, является оптимальной.

Рис. 35 Расширитель раздвижной РР-185/310
1 — Лопасть;2 — Центратор верхний;3 — Центратор нижний;4 — Фиксатор;5 — Корпус;6 — Вал;7 — Втулка вала;8 — Втулка;9 — Игла;10 — Крышка;11 — Поршень;12 — Пружина;13 — Решетка;14 — Переводник

Рис.36 Фрезер колонный раздвижной ФКР-219
1 — Центратор верхний;2 — Центратор нижний;3 — Вал;4 — Втулка вала;5 — Игла;6 — Корпус;7 — Крышка;8 — Лопасть; 9 — Переводник;10 — Поршень;11 —Пружина;12 — Решетка

На рис. 36 лопасти выдвигаются при поступательном движении остроконечного штока вниз относительно корпуса. В этом варианте опорные поверхности штока расположены ниже оси шарнира. Увеличение длины плеча передачи усилия позволяет обеспечивать необходимое усилие врезки режущих органов в обсадную колонну. Данный вариант выдвижения лопастей успешно использован в конструкциях фрезеров колонных раздвижных ФКР-114...ФКР-245, УВУ, ВУ-168.

На рис. 37 представлен расширитель Ширли, который при смене разрушающих инструментов может быть использован для фрезерования. Под действием перепада давления, возникающего на дросселирующем штуцере 10, поршень 2 со штоком 6 и втулкой 8 перемещаются в нижнее положение, сжимая пружину 3. Выдвижение режущих органов в рабочее положение в данном варианте происходит за счет передачи осевого усилия на шарнирные тяги 9. Достоинствами данной конструкции являются:

• универсальность инструмента;
• простота настройки инструмента на требуемый размер расширения или фрезерования, достигаемая либо заменой ограничительной втулки 4, либо заменой тяги 9, а при необходимости обеих деталей;
• жесткое ограничение размера расширения, достигаемое применением шарнирных тяг.

Рис.37 Расширитель Ширли
а — транспортное положение; б — рабочее положение; 1 — переводник; 2 — поршень; 3 — пружина; 4 — втулка; 5 — корпус; 6 — полый шток; 7 — лапа; 8 — втулка с ребрами; 9 — тяга; 10 — штуцер

Четвертой разновидностью схемы «подвижный шпиндель — неподвижный корпус» является вариант выдвижения лопастей. Движение штока в данных конструкциях происходит вверх относительно корпуса за передачи усилия поршнем, расположенным в нижней части секционного фрезера. Расположенный между режущими органами шток накладывает определенные ограничения на длину торцевой части лопастей, в результате чего максимальный диаметр получаемого при фрезеровании окна меньше, чем при использовании фрезеров, выполненных по первому и второму вариантам выдвижения лопастей в данной схеме.

Рис.38 Секционный фрезер
1 — переводник;2 — корпус;3 — пружина;4 — шарнир;5 — лопасть;6 — шток;7 — резиновое уплотнение;8 — корпус центратора;9 — сменные центрирующие вставки;10 — насадок

Пятой разновидностью схемы «подвижный шпиндель — неподвижный корпус» является расширитель РРМ-311/335, в котором выдвижение режущих органов — плашек идет по специальным пазам «ласточкин хвост».

Существенным недостатком ряда конструкций раздвижных фрезеров, выполненных по первым двум вариантам схемы «подвижный шпиндель — неподвижный корпус» и интервальных фрезеров Каммерера, является, при прохождении скоростного потока промывочной жидкости внутри корпуса, возникновение эжекционного эффекта. В результате этого происходит скопление образующейся в процессе фрезерования стружки, частиц шлама в зазорах между режущими органами и пазами корпуса, на опорных поверхностях шпинделя под лопастями. При прекращении подачи промывочной жидкости скоплению частиц стружки и шлама способствует разница плотностей промывочной жидкости внутри инструмента и в затрубном пространстве, что зачастую приводит к заклиниванию режущих органов в рабочем (открытом) положении и может привести к аварийным ситуациям.

Для принудительного возврата режущих органов в транспортное положение в подобных ситуациях в конструкции фрезера Каммерера нижняя поверхность канавки для пружинного стопорного кольца выполняется наклонной, причем наклон этой поверхности и усилие пружинного кольца подбирают таким образом, чтобы кольцо противостояло усилию сжатой пружины. При приложении к шпинделю нагрузки, в несколько раз превышающей усилие сжатой пружины, кольцо по наклонной поверхности выходит из канавки, не препятствуя перемещению шпинделя в транспортное положение.

Для возврата лопастей в нерабочее положение, в случае недостаточного усилия возвратной пружины и заклинки лопастей, в конструкции секционного фрезера «Сервко» предусмотрено крепление предохранительного поршня штифтами. В бурильную колонну бросают шар, который, садясь в седло предохранительного поршня, перекрывает промывочный канал. Создавая на некоторое время в колонне давление, срезают штифты, в результате чего поршень перемещается вниз, способствуятем самым возврату лопастей в транспортное положение.

По способу крепления режущих органов можно выделить раздвижной инструмент с осевым и безосевым способом фиксирования. При осевом способе верхний конец лопасти крепится к корпусу при помощи шарнира, который через отверстие в корпусе вставляется в лопасть. При безосевом способе крепления ось-шарнир вставляется в паз и фиксируется при помощи специального кольца (УВУ-168...УВУ-219) или специальными ограничителями. Сопрягаемые поверхности верхнего конца лопасти и ограничителя в конструкциях секционных фрезеров выполнены в виде полуцилиндров, что уменьшает возможность попадания в этот узел стружки и шлама при фрезеровании, а также позволяет воспринимать значительные осевые нагрузки на фрезерный инструмент при малом диаметре оси-шарнира.

Раздвижной фрезерный инструмент по количеству лопастей можно разделить на:

• 3-лопастной;
• 5-лопастной;
• 6-лопастнои.

В зависимости от обьема и условий фрезерования количество режущих лезвий лопастей может доходить до 10—12.

Для оснащения режущих органов (лопастей) раздвижных фрезеров используются резцы различных форм, размеров, материалов. В качестве режущих элементов используются твердосплавные пластины, специальные резцы оригинальных форм, дробленый твердый сплав.