ПЕРФОРАТОР ДЛЯ СКВАЖИНЫ Российский патент 2005 года по МПК E21B43/112 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к строительству и ремонту скважин, и может быть использовано для создания перфорационных каналов в обсадной колонне труб.

Известен "Перфоратор для скважины" (см. SU а.с. №2219331, МКИ Е 21 В 43/112, БИ №35 от 20.12.2003 г.), содержащий корпус, выполненный в виде клина с пазами, основной цилиндр с поршнем и режущий инструмент в виде резцов, установленных в пазы с возможностью перемещения, при этом корпус вверху соединен с канатом, при этом корпус содержит камеру низкого давления, под которой размещены жестко соединенные основной и дополнительный цилиндры, в цилиндры установлены поршни, причем в дополнительном цилиндре поршень снабжен проходным каналом, соединяющим надпоршневую часть основного цилиндра с надпоршневой частью дополнительного цилиндра, поршни между собой жестко соединены и размещены так, что подпоршневая часть цилиндров взаимодействует с внутренним пространством скважины, а цилиндры заполнены жидкостью, между камерой низкого давления и цилиндрами установлены обратный клапан и динамический подпружиненный клапан с внутренним проходным каналом, причем в рабочем положении динамический клапан перекрывает обратный клапан, к поршню же основного цилиндра через шток присоединена опора с радиальными пазами в верхней части, в которые установлены резцы с возможностью перемещения, при этом в зависимости от глубины перфорируемого интервала в корпусе установлено расчетное количество дополнительных цилиндров и поршней и в зависимости от количества перфорируемых участков и количества дополнительных цилиндров камера низкого давления выполнена сборной.

Недостатками устройства являются

- невозможность "расхаживания" перфоратора в скважине, поскольку создается аварийная ситуация;

- сложность конструкции, обусловленная тем, что в зависимости от глубины перфорируемого интервала в корпусе установлено расчетное количество дополнительных цилиндров и поршней, а в зависимости от количества перфорируемых участков и количества дополнительных цилиндров камера низкого давления выполняется сборной.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является "Перфоратор для скважины" (см. патент RU №2188307, МКИ Е 21 В 43/114, БИ №24 от 27.08.2002 г.), содержащий корпус, выполненный в виде клина с пазами, цилиндр с поршнем и режущий инструмент в виде резцов, установленных в пазы с возможностью перемещения, причем корпус вверху соединен с канатом, а цилиндр и поршень размещены в корпусе и установлены так, что подпоршневая часть цилиндра взаимодействует с внутренним пространством скважины, в верхней части цилиндра установлен обратный клапан, а цилиндр заполнен жидкостью и образует камеру высокого давления, при этом над цилиндром расположена камера низкого давления, причем между камерами установлен динамический подпружиненный клапан с внутренним проходным каналом, при этом в рабочем положении динамический клапан перекрывает обратный клапан, к поршню же через шток присоединена опора, в верхней части которой имеются радиальные пазы, в которые вставлены резцы с возможностью перемещения, причем в зависимости от количества перфорируемых участков камера низкого давления выполнена сборной.

Недостатками данного устройства являются

- сложность конструкции, обусловленная наличием динамического клапана, кроме того, жесткость пружины динамического клапана подбирается расчетным путем в зависимости от необходимого давления срабатывания, при этом давление срабатывания изменяется в зависимости от глубины, что значительно снижает эффективность работы устройства при перфорировании обсадной колонны на различных глубинах;

- необходимость использования дополнительного оборудования, такого как насосный агрегат (например, ЦА-320) для создания избыточного давления в скважине в процессе ее перфорации.

Технической задачей изобретения является создание перфоратора на канате, простого в изготовлении и использовании без применения дополнительного оборудования для перфорации стенок скважины.

Техническая задача решается предлагаемым перфоратором для скважины, содержащим корпус, состоящий из клина с пазами, цилиндра, заполненного жидкостью, с поршнем, и камеры низкого давления, которые последовательно расположены выше клина, опору с радиальными пазами сверху, присоединенную снизу к штоку, резцы, установленные одновременно в пазы клина и радиальные пазы опоры с возможностью синхронного перемещения, при этом подпоршневая часть цилиндра взаимодействует с внутренним пространством скважины, а надпоршневая часть - с камерой низкого давления через клапан.

Новым является то, что корпус между клином и цилиндром оборудован дополнительным цилиндром с дополнительным поршнем, который жестко соединен сверху с поршнем цилиндра, а снизу - со штоком, при этом надпоршневая полость дополнительного цилиндра сообщается с надпоршневой частью цилиндра, а подпоршневая полость дополнительного цилинра - с внутренним пространством скважины, также на наружной поверхности камеры низкого давления выполнена направляющая и размещены, с возможностью осевого перемещения, втулка с пружинными центраторами, оснащенная штырем, взаимодействующим с направляющей, и ограничитель, подпирающий снаружи клапан в транспортном положении, с внутренней цилиндрической выборкой, располагающейся напротив клапана в рабочем положении, при этом камера низкого давления дополнительно сверху оснащена стравливающим клапаном, зафиксированным срезным винтом, причем стравливающий клапан присоединен сверху к канату, а снизу снабжен упором, при этом направляющая выполнена в виде коротких и одной длинной осевых проточек, соединенных каналами таким образом, что при возвратно-поступательном перемещении втулки относительно камеры низкого давления штырь последовательно перемещается из одной короткой осевой проточки в другую в сторону длинной осевой проточки, в которой штырь располагается в рабочем положении, причем втулка и ограничитель выполнены с возможностью взаимодействия в рабочем положении.

На фиг.1 схематично представлена верхняя часть устройства в статике. На фиг.2 схематично представлена нижняя часть устройства в статике. На фиг.3 схематично представлены осевые проточки, соединенные каналами, выполненные на корпусе устройства.

Перфоратор содержит корпус 1 (см. фиг.1), состоящий из клина 2 с пазами 3 (например, выполненными в виде ласточкиного хвоста), цилиндра 4 (см. фиг.2), заполненного жидкостью 5, с поршнем 6, и камеры низкого давления 7, которые последовательно расположены выше клина 2. Опора 8 с радиальными пазами 9 сверху присоединена снизу к штоку 10. Резцы 11 установлены одновременно в пазы 3 клина 2 и радиальные пазы 9 опоры 8 с возможностью синхронного перемещения. Подпоршневая часть 12 цилиндра 4 (см. фиг.1) взаимодействует с внутренним пространством 13 скважины 14 (см. фиг.2), а надпоршневая часть 15 - с камерой низкого давления 7 через каналы 16 и клапан 17 (см. фиг.1).

Корпус 1 между клином 2 и цилиндром 4 (см. фиг 1 и 2) оборудован дополнительным цилиндром 18 с дополнительньм поршнем 19, который жестко соединен сверху с поршнем 6 цилиндра 4, а снизу - со штоком 10. Надпоршневая полость 20 дополнительного цилиндра 18 сообщается с надпоршневой частью 15 цилиндра 4, а подпоршневая полость 21 дополнительного цилиндра 18 - с внутренним пространством 13 скважины 14.

На наружной поверхности 22 камеры низкого давления 7 выполнена направляющая 23, на которой с возможностью осевого перемещения размещена втулка 24 с пружинными центраторами 25, оснащенная штырем 26, взаимодействующим с направляющей 23, и ограничитель 27, подпирающий снаружи клапан 17 в транспортном положении. Ограничитель 27 имеет внутреннюю цилиндрическую выборку 28, выполненную с переменным сечением с диаметрами D1 и D2, располагающуюся напротив клапана 17 в рабочем положении. Камера низкого давления 7 дополнительно сверху посредством муфты 29 оснащена стравливающим клапаном 30, зафиксированным срезным винтом 31. Стравливающий клапан 30 присоединен сверху к канату 32, а снизу снабжен упором 33. Направляющая 23 выполнена в виде нескольких коротких 34 (длиной L1) и одной длинной 35 (с длиной L2) осевых проточек, причем (L1<L2) (см. фиг.3). Короткие и длинная осевые проточки соединены каналами 36 таким образом, что при возвратно-поступательном перемещении втулки 24 относительно камеры низкого давления 7 штырь 26 последовательно перемещается из одной короткой 34 осевой проточки в другую в сторону длинной 35 осевой проточки, в которой штырь 26 располагается в рабочем положении.

Втулка 24 и ограничитель 27 (см. фиг.1) выполнены с возможностью взаимодействия в рабочем положении, при этом ограничитель 27 в транспортном положении зафиксирован на наружной поверхности 22 камеры низкого давления 7 посредством замкового элемента 37 (например, выполненного в виде разрезного пружинного кольца круглого сечения). От несанкционированных перетоков жидкости предохраняют уплотнительные элементы.

Устройство работает следующим образом.

Перед спуском (см. фиг.1 и 2) внутренние полости цилиндра 4 и дополнительного цилиндра 18 перфоратора заливаются жидкостью 5, при этом клапан 17 устанавливается в транспортное положение, в котором он фиксируется с помощью ограничителя 27.

Далее перфоратор на канате 32 спускают в скважину 14 в требуемый для перфорации интервал. По достижению требуемого интервала для перфорации устройство приподымают и опускают на величину, большую осевой длины L1 (см. фиг.3) короткой осевой проточки 34, повторяя эти спуско-подъемы по числу коротких осевых проточек 34 плюс 1-8 дополнительных спуско-подъемов для гарантированного взаимодействия втулки 24 с ограничителем 27. Во время спуско-подъемов штырь 26, взаимодействующий с направляющей 23, двигаясь по коротким осевым проточкам 34 (см. фиг.3), перемещается в сторону последней длинной осевой проточки 35 и достигает ее, так как втулка 24 (см. фиг.1) за счет пружинных центраторов 25, которые упираются в стенки скважины 14, остается на месте, при этом сам перфоратор совершает относительно втулки 24 возвратно-поступательные движения. Затем перфоратор начинают приподнимать, в результате штырь 26 вместе со втулкой 24 опускается относительно наружной поверхности 22 камеры низкого давления 7 по последней длинной осевой проточке 35 (см. фиг.3) с длинной L2. В результате втулка 24 (см. фиг.1) опирается сверху на ограничитель 27 и, преодолевая сопротивление замкового элемента 37, смещает его вниз относительно наружной поверхности 22 камеры низкого давления 7. При этом меньшее сечение ограничителя 27 с диаметром D1 перестает взаимодействовать с торцом клапаном 17, а напротив него устанавливается большее сечение ограничителя 27 с диаметром D2, соответствующего внутренней цилиндрической выборке 28, при этом клапан 17 смещается во внутреннюю цилиндрическую выборку 28, соединяя каналы 16 между собой.

В результате чего жидкость 5 посредством каналов 16 из внутренних полостей цилиндра 4 и дополнительного цилиндра 18 перетекает в камеру низкого давления 7, заставляя поршни 6 и 19 двигаться вверх, увлекая за собой шток 10 и опору 8, в итоге резцы 11 перемещаются по пазам 3 клина 2 и радиальным пазам 9 опоры 8, и, дойдя до стенки скважины 14, производят ее перфорацию.

Канат 32 начинают поднимать вверх, при этом перфоратор остается неподвижным за счет разности давлений в подпоршневой части 12 цилиндра 4 и подпоршневой полости 21 дополнительного цилиндра 18, где давление равно давлению столба жидкости и в надпоршневой части 15 цилиндра 4 и надпоршневой полости 20 дополнительного цилиндра 18, где давление равно атмосферному. В результате этого в определенный момент срезной элемент 31 разрушается, и стравливающий клапан 30 поднимается вверх и своим упором 33 упирается в нижний торец муфты 29, при этом он перепускает скважинную жидкость (на фиг. не показано) в камеру низкого давления 7 до тех пор, пока давление в подпоршневой части 12 цилиндра 4 и подпоршневой полости 21 дополнительного цилиндра 18 уравняется с давлением жидкости в надпоршневой части 15 цилиндра 4 и надпоршневой полости 20 дополнительного цилиндра 18 и станет равным давлению столба жидкости, находящейся над перфоратором, для этого перфоратор выдерживают в течение 1-2 минут. Далее канат 32 тянут вверх, при этом жестко соединенные между собой цилиндр 14 и дополнительный цилиндр 18 увлекают за собой клин 2 вверх, при этом резцы 11 втягиваются из перфорированных отверстий и по пазам 3 клина 2 и радиальным пазам 9 опоры 8 попадают во внутреннее пространство скважины 14.

Далее перфоратор извлекают на дневную поверхность. При необходимости дальнейшей перфорации скважины 14 в другом интервале необходимо заменить разрушенный срезной элемент 31 и установить клапан 17 в транспортное положение, зафиксировав его с помощью ограничителя 27, и затем, спустив перфоратор в скважину, повторить вышеописанный цикл операций.

Предлагаемый перфоратор для скважины обладает простой конструкцией, кроме того, он спускается на канате и не требует привлечения дополнительного оборудования в виде насосного агрегата для создания избыточного давления в скважине в процессе перфорации скважины, что позволяет снизить затраты времени и, следовательно, сократить материальные и финансовые затраты.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к строительству и ремонту скважин, и может быть использовано для создания перфорационных каналов в обсадной колонне труб. Обеспечивает простоту конструкции и изготовления. Сущность изобретения: перфоратор содержит корпус, состоящий из клина с пазами, цилиндра, заполненного жидкостью, с поршнем и камерой низкого давления, которые последовательно расположены выше клина, опоры с радиальными пазами сверху. Резцы установлены одновременно в пазы клина и радиальные пазы опоры с возможностью синхронного перемещения. Подпоршневая часть цилиндра взаимодействует с внутренним пространством скважины. Надпоршневая часть взаимодействует с камерой низкого давления через клапан. Согласно изобретению корпус между клином и цилиндром оборудован дополнительным цилиндром с дополнительным поршнем, который жестко соединен сверху с поршнем цилиндра, а снизу - со штоком. Надпоршневая полость дополнительного цилиндра сообщена с надпоршневой частью цилиндра. Подпоршневая полость дополнительного цилиндра сообщена с внутренним пространством скважины. На наружной поверхности камеры низкого давления выполнена направляющая и размещены с возможностью осевого перемещения втулка с пружинными центраторами, оснащенная штырем, взаимодействующим с направляющей, и ограничитель, подпирающий снаружи клапан в транспортном положении, с внутренней цилиндрической выборкой, располагающейся напротив клапана в рабочем положении. Камера низкого давления дополнительно сверху оснащена стравливающим клапаном, зафиксированным срезным винтом. Стравливающий клапан присоединен сверху к канату, а снизу снабжен упором. Направляющая выполнена в виде коротких и одной длинной осевых проточек, соединенных каналами таким образом, что при возвратно-поступательном перемещении втулки относительно камеры низкого давления штырь последовательно перемещается из одной короткой осевой проточки в другую в сторону длинной осевой проточки, в которой штырь располагается в рабочем положении. Втулка и ограничитель выполнены с возможностью взаимодействия в рабочем положении. 3 ил.

Перфоратор для скважины, содержащий корпус, состоящий из клина с пазами, цилиндра, заполненного жидкостью, с поршнем, и камеры низкого давления, которые последовательно расположены выше клина, опоры с радиальными пазами сверху, присоединенной снизу к штоку, резцы, установленные одновременно в пазы клина и радиальные пазы опоры с возможностью синхронного перемещения, при этом подпоршневая часть цилиндра взаимодействует с внутренним пространством скважины, а надпоршневая часть - с камерой низкого давления через клапан, отличающийся тем, что корпус между клином и цилиндром оборудован дополнительным цилиндром с дополнительным поршнем, который жестко соединен сверху с поршнем цилиндра, а снизу - со штоком, при этом надпоршневая полость дополнительного цилиндра сообщена с надпоршневой частью цилиндра, а подпоршневая полость дополнительного цилиндра - с внутренним пространством скважины, также на наружной поверхности камеры низкого давления выполнена направляющая и размещены с возможностью осевого перемещения втулка с пружинными центраторами, оснащенная штырем, взаимодействующим с направляющей, и ограничитель, подпирающий снаружи клапан в транспортном положении, с внутренней цилиндрической выборкой, располагающейся напротив клапана в рабочем положении, при этом камера низкого давления дополнительно сверху оснащена стравливающим клапаном, зафиксированным срезным винтом, причем стравливающий клапан присоединен сверху к канату, а снизу снабжен упором, при этом направляющая выполнена в виде коротких и одной длинной осевых проточек, соединенных каналами таким образом, что при возвратно-поступательном перемещении втулки относительно камеры низкого давления штырь последовательно перемещается из одной короткой осевой проточки в другую в сторону длинной осевой проточки, в которой штырь располагается в рабочем положении, причем втулка и ограничитель выполнены с возможностью взаимодействия в рабочем положении.