ПЕРФОРАТОР ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ЩЕЛЕВОЙ Российский патент 2005 года по МПК E21B43/112 

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин, а именно к устройству для создания перфорационных щелей в обсадных (эксплуатационных) колоннах, цементном камне и горной породе.

Из уровня техники известны устройства для щелевой перфорации обсадных колонн, основанные на использовании режущего инструмента в виде выдвижного накатного ролика. Такое устройство раскрыто, например, в RU 2151858 С1, МПК 7 Е 21 В 42/114, 27.06.2000 или в RU 2180038 С1, МПК 7 Е 21 В 43/114, 27.02.2002. Описываемые устройства отличаются в основном конструкцией механизма крепления и выдвижения режущего инструмента.

Недостатками приведенных устройств является быстрый износ рабочих деталей, в том числе элементов, на которых крепится накатной ролик, а также сложность замены режущего инструмента, при которой требуется полная разборка устройства.

Наиболее близким аналогом предлагаемого резака можно считать гидромеханический скважинный перфоратор по патенту RU 2182221 С1, МПК 7 Е 21 В 43/114, 10.05.2002. Перфоратор содержит корпус, режущий инструмент в виде накатного диска, гидромониторную насадку, полый шток-фильтр, расположенный в двух гидроцилиндрах, поршень-толкатель с гидроканалами, связанный с осью накатного диска, расположенной в направляющих пазах боковых пластин, которые охватывают клиновой паз, содержащий съемные пластины. Его составные детали просты в изготовлении и легко заменяемы.

Однако при одностороннем воздействии режущего инструмента на эксплуатационную колонну возникает усилие прижима устройства к ней, требующее дополнительных усилий на преодоление силы трения при перемещении устройства вверх-вниз и приводящее к его быстрому износу.

Кроме того, конструкция устройства довольно сложна, что снижает его надежность и технологичность при эксплуатации.

Задачей изобретения является повышение надежности и технологичности перфоратора, обеспечение повышения производительности процесса. Технический результат, который обеспечивает предложенное изобретение, заключается в возможности проведения одновременного образования двух диаметрально расположенных щелей в эксплуатационной колонне, снижении усилий на перемещение устройства за счет отсутствия контакта корпуса устройства с колонной, повышении срока его эксплуатации, а также в технологичности перфоратора при его эксплуатации и ремонте.

Данный технический результат достигается за счет снабжения перфоратора, содержащего корпус, размещенный в нем поршень-толкатель и выдвижной режущий инструмент в виде установленного на оси режущего диска с механизмом его выдвижения, дополнительным режущим диском, смонтированным на дополнительной оси с возможностью выполнения дисками двух диаметрально расположенных щелей в колонне, а также за счет выполнения механизма выдвижения режущих дисков в виде смонтированного на центральной оси коромысла, в плечах которого в отверстиях установлены оси дисков и которое выполнено с возможностью поворота при перемещении поршня-толкателя.

Коромысло может быть выполнено в виде двух пластин, установленных на центральной оси, а режущие диски расположены между ними.

Кроме того, поршень-толкатель может быть выполнен с клиновой вилкой с возможностью ее взаимодействия с фигурными краями пластин для их поворота при перемещении поршня-толкателя.

Кроме того, поршень-толкатель может быть выполнен с двумя боковыми гидроканалами и двумя гидромониторными насадками. Кроме того, механизм выдвижения режущих роликов перфоратора может быть смонтирован с возможностью исключения соприкосновения корпуса перфоратора с колонной.

На фиг.1 схематично представлено предлагаемое устройство в исходном положении, на фиг.2 - поперечный разрез по А -А.

Перфоратор содержит корпус, собранный из пяти частей, обозначенных позициями 1, 2, 3, 4, 5. Позицией 1 обозначена муфта для присоединения насосно-компрессорных труб (НКТ), в которой располагаются срезной циркуляционный клапан 6 и срезные штифты 7.

Позицией 2 обозначен верхний гидроцилиндр, в котором располагается подпружиненный пружиной 8 поршень 9 с полым шток-фильтром 10, связанный с поршнем-толкателем 11.

Верхний гидроцилиндр 2 соединен с нижним гидроцилиндром 3, в котором смонтированы средоразделитель 12, который служит опорой для пружины 8 и герметизирует верхний и нижний гидроцилиндры, и шток-фильтр 10 между собой. Шток-фильтр 10 имеет центральный канал с посадочным гнездом под шаровой клапан 13, перекрывающий центральный промывочный канал 14 поршня-толкателя. 11. Верхняя часть поршня-толкателя 11 (поршень) круглого сечения имеет устройство для фиксации нижнего конца пружины 15, верхний конец которой фиксируется устройством 16, размещенным в верхней части гидроцилиндра 3, а нижняя часть поршня-толкателя 11 выполнена в виде клиновой вилки.

В поршне-толкателе выполнены три гидравлических канала:

центральный промывочный канал 14 и два боковых канала 17, нижние концы которых оборудованы гидромониторными насадками 18. Позицией 4 обозначен корпус режущего узла, который соединен с нижним гидроцилиндром 3. В корпусе 4 имеется центральная ось 19, на которой расположено коромысло 20 в виде двух фигурных пластин, между которыми на осях 21 расположены режущие диски 22. В пластинах коромысла 20 в его плечах имеется по два отверстия под оси 21 режущих дисков 22, при этом они собираются на втулке 23 при помощи винтов 24 и втулок 25.

Коромысло 20 своими концами контактирует в верхней части с клиновой вилкой поршня-толкателя 11, а в нижней - с клиновой опорой-вилкой 26, которая связана с поршнем-толкателем 11 при помощи двух тяг 27, которые имеют паз 28 для центральной оси 19.

Корпус 4 имеет два паза для монтажа, вылета и демонтажа режущего узла в сборе (20, 21, 22, 23, 24, 25) при демонтаже оси 19, закрытой крышками 28. Корпус 4 снабжен защитной гайкой 5.

Устройство работает следующим образом.

На колонне НКТ перфоратор опускается в скважину к месту разрезки. Установив устройство в скважине, проводят прямую промывку полости труб и полости устройства от окалины и механических примесей, которые попадают в полость труб во время геофизических работ по привязке устройства к интервалу резки. Затем в полость труб опускают шарик диаметром 19 мм, который, проходя через подвеску НКТ, срезной циркуляционный клапан 6 и полый шток-фильтр 10, опускается в посадочное гнездо 13 шток-фильтра 10 и перекрывает центральный канал 14 поршня-толкателя 11, после чего в НКТ создается рабочее давление.

При создании рабочего давления в полости труб жидкость воздействует на поршень 9, одновременно проходя через отверстия в шток-фильтре 10, воздействует на полость нижнего гидроцилиндра 3, перемещая поступательно поршень 12 и поршень-толкатель 11, одновременно растягивая пружину 15 и сжимая пружину 8. Передвигаясь поступательно вдоль оси устройства, поршень-толкатель 11 своей клиновой вилкой поворачивает через ось 19 коромысло 20, между пластинами которого на осях 21 расположены режущие диски 22, и выталкивает режущие диски 22 до упора с эксплуатационной колонной.

Создавая ступенчатое давление в полости НКТ от 10 до 80 атмосфер, увеличивают силу вдавливания режущих дисков 22 в противоположных сторонах эксплутационной колонны.

Накат щели производится попеременным перемещением устройства, находящегося под давлением вверх и вниз на длину щели. Щели в эксплутационной колонне раскатываются двумя режущими дисками 22. После образования щелей в эксплутационной колонне давление в полости труб поднимают, и реализуется гидромониторный эффект струи. Две струи жидкости, выходящие через гидромониторные насадки 18, с большой скоростью разрушают своим напором цементный камень и породу за эксплутационной колонной, намывают каверну по всей длине щелей. После намыва каверны давление в трубах сбрасывается до атмосферного.

Под действием пружины 8 и 15 поршень-толкатель 11 втягивается в нижний гидроцилиндр 3 и через тяги 27, связанные механически с клиновой опорой-вилкой 26, возвращает в исходное положение весь режущий узел в сборе. После этого в полость НКТ опускается шар большого диаметра - 40 мм, который садится в гнездо срезного циркуляционного клапана 6. Подняв давление в трубах, производят срез штифтов 7, фиксирующих передвижение клапана 6 вдоль оси устройства, и клапан 6 перемещается вниз, открывая промывочное устройство в корпусе. После чего производят освоение, или глушение эксплуатационной скважины, или подъем устройства из нее.

Технико-экономические преимущества предложенного перфоратора заключаются в следующем.

1. За счет выполнения режущего узла, состоящего их двух режущих дисков и двух мониторных насадок, обеспечивается одновременно образование двух диаметрально расположенных щелей в эксплутационной колонне.

2. За счет создания усилий при формировании двух противоположных щелей исключается прижим устройства к эксплутационной колонне, что исключает потери усилий на преодоление сил трения при перемещении устройства вверх и вниз. Нет износа корпуса устройства, не прогибается эксплутационная колонна в случае отсутствия цементного камня за ней.

3. За счет простоты конструкции устройства обеспечивается его надежность и технологичность: поршень-толкатель с клиновой опорой-вилкой выполняет функцию и поршня, и толкателя, кроме того, обеспечивает подачу рабочей жидкости при прямой промывке устройства и подачу жидкости к двум мониторным насадкам.

4. За счет применения качающегося на оси коромысла с режущими дисками его составные детали более просты в изготовлении и не требуют разборки устройства при их замене.

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин, а именно к устройству для создания перфорационных щелей в обсадной колонне, цементном камне и горной породе. Обеспечивает повышение надежности, технологичности и производительности перфоратора. Сущность изобретения: перфоратор содержит корпус, размещенный в нем поршень-толкатель и выдвижной режущий инструмент в виде установленного на оси режущего диска с механизмом его выдвижения. Согласно изобретению перфоратор снабжен дополнительным режущим диском, смонтированным на дополнительной оси с возможностью выполнения режущими дисками двух диаметрально расположенных щелей в колонне. Механизм выдвижения дисков включает смонтированное на центральной оси коромысло, в плечах которого в отверстиях установлены оси режущих дисков. Коромысло выполнено с возможностью поворота при перемещении поршня-толкателя. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Перфоратор гидромеханический щелевой, содержащий корпус, размещенный в нем поршень-толкатель и выдвижной режущий инструмент в виде установленного на оси режущего диска с механизмом его выдвижения, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным режущим диском, смонтированным на дополнительной оси с возможностью выполнения режущими дисками двух диаметрально расположенных щелей в колонне, а также механизм выдвижения дисков включает смонтированное на центральной оси коромысло, в плечах которого в отверстиях установлены оси режущих дисков и которое выполнено с возможностью поворота при перемещении поршня-толкателя.2. Перфоратор по п.1, отличающийся тем, что коромысло выполнено в виде двух пластин, установленных на центральной оси, а режущие диски расположены между этими пластинами.3. Перфоратор по п.1, отличающийся тем, что поршень-толкатель выполнен с клиновой вилкой с возможностью ее взаимодействия с фигурными краями пластин для их поворота при перемещении поршня-толкателя.4. Перфоратор по п.1, отличающийся тем, что поршень-толкатель выполнен с центральными и двумя боковыми гидроканалами и двумя гидромониторными насадками, соединенными с боковыми гидроканалами.5. Перфоратор по п.1 или 2, отличающийся тем, что механизм выдвижения режущих дисков смонтирован с возможностью исключения соприкосновения корпуса перфоратора с колонной.