СКВАЖИННЫЙ ПРИБОР Российский патент 2006 года по МПК E21B43/112 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам, используемым при вторичном вскрытии продуктивных пластов.

Известен скважинный прибор (сверлящий перфоратор-пробоотборник, патент РФ №2163294, МПК⁷ E 21 B 49/06, опубл. 20.02.2001), содержащий режущий инструмент (бур), имеющий возможность выдвижения и вращения, корпус с размещенньми в нем узлом вращения, узлом передачи вращения режущему инструменту, узлом подачи режущего инструмента к стенке скважины и механизмом фиксации корпуса прибора в скважине (прижимной рычаг).

Недостатком данного устройства является ненадежная фиксация корпуса скважинного прибора в колонне обсадных труб скважины в процессе перфорации и, как следствие, появление нежелательных вибраций элементов конструкции прибора, приводящих к возможной поломке (излому) и заклиниванию режущего инструмента стержневого типа в радиальных каналах. Эти факторы повышают опасность возникновения аварийной ситуации в скважине из-за затруднительного извлечения инструмента из перфорационного канала, которое почти всегда приводит к разрушению инструмента. К недостаткам также следует отнести невысокую эффективность работы из-за малой глубины перфорационных каналов, обусловленной относительно большими размерами узла подачи бура и ограниченным ходом бура.

Известен также скважинный прибор (патент №2182961, опубл. 27.05.2002), содержащий режущий инструмент, установленный в корпусе с возможностью выдвижения и вращения, корпус, с размещенными в нем комплексом взаимосвязанных механических, гидравлических и электрических систем, включающих узел вращения, узел передачи вращения режущему инструменту и узел подачи режущего инструмента к стенке скважины, а также механизм фиксации корпуса прибора в скважине.

Стержень бура выполнен в виде составных патрубков с соединительными элементами, размещенными в кассетах и подаваемых к узлу подачи бура.

Механизм фиксации корпуса прибора в скважине включает поджатые пружинами конические гайки с размещенными в них подпружиненными подвижными штифтами.

По сравнению с предлагаемым скважинным прибором известный имеет следующие недостатки:

- малое количество перфорационных каналов, выполняемых за один спуск прибора в скважину, из-за малого числа размещенных в нем кассет, составляющих стержень бура, что существенно влияет на производительность работ, а также сложное конструктивное исполнение узла подачи бура, снижающее надежность его работы;

- механизм фиксации корпуса прибора в скважине не обеспечивает его прижатия к стенке скважины со стороны выхода режущего инструмента, а располагает прибор по центру скважины, за счет чего теряется часть полезной длины бура; кроме того, механизм фиксации содержит винтовой механизм, который склонен к заклиниванию, что может привести к невозможности расфиксации прибора после выполнения перфорационных работ, в том числе и к жесткому заклиниванию прибора в скважине, что создает аварийную ситуацию;

- при аварийном отключении питания возврата бура в исходное состояние не происходит;

- отсутствие гидрокомпенсатора давления скважинной жидкости приводит к необходимости увеличения толщины стенки корпуса прибора для обеспечения его прочности и увеличению массы прибора, что существенно снижает его потребительские качества.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности работы прибора за счет увеличения жесткости фиксации его в обсадной колонне и устранения возможности заклинивания режущего инструмента, а также повышение эффективности работы за счет увеличения объема полости (глубины и диаметра) перфорационного канала и производительности работ за счет увеличения количества выполненных перфорационных каналов за один спуск прибора в скважину.

Технический результат достигается за счет создания скважинного прибора, содержащего режущий инструмент, установленный в корпусе с возможностью выдвижения с помощью узла подачи режущего инструмента к стенке скважины и вращения с помощью узла вращения и узла передачи вращения режущему инструменту, а также механизм фиксации корпуса прибора в скважине в виде двухопорной системы, разнесенной по длине прибора. Новым является то, что электрогидравлическая система прибора дополнительно содержит функционально совмещенные гидротермокомпенсатор давления, узел гидроаккумуляции и контроля перемещения режущего инструмента и узел электрогидроавтоматики, при этом механизм фиксации корпуса прибора в скважине выполнен с возможностью прижатия корпуса к стенке скважины со стороны выдвижения режущего инструмента.

Узел вращения представляет собой электродвигатель, который является источником механической энергии для выдвижения режущего инструмента и других исполнительных механизмов прибора.

Узел передачи вращения представляет собой совокупность зубчатых передач различного типа, обеспечивающих передачу вращения и распределение механической энергии на исполнительные механизмы гидравлической системы и режущему инструменту.

Узел подачи режущего инструмента представляет собой гидромеханическую систему, обеспечивающую телескопическое выдвижение режущего инструмента в процессе выполнения перфорационного канала в радиальном направлении к стенке скважины и его возврат в исходное состояние. Режущий инструмент может быть выполнен, например, в виде сверла или фрезерной головки.

Механизм фиксации корпуса прибора в скважине выполнен в виде двух опор, размещенных в верхней и нижней частях прибора и обеспечивающих его устойчивый прижим к стенке скважины со стороны выхода режущего инструмента.

Узел электрогидроавтоматики представляет собой совокупность электрогидравлических элементов, обеспечивающих функциональное взаимодействие исполнительных механизмов в заданной последовательности в соответствии с режимами работы прибора.

Узел гидроаккумуляции и контроля перемещения режущего инструмента представляет собой совокупность электрогидравлических элементов, обеспечивающих безусловное принудительное возвращение режущего инструмента в исходное состояние.

Гидротермокомпенсатор представляет собой гидромеханическую систему, обеспечивающую компенсацию термического расширения рабочей жидкости гидросистемы прибора в температурных условиях скважины и соответствующий баланс давления внутри прибора и внешнего гидростатического скважинного давления.

Управление работой скважинного прибора осуществляется с пульта управления, размещенного на поверхности земли.

На чертеже представлен заявляемый скважинный прибор.

Скважинный прибор состоит из цилиндрического корпуса 1, внутри которого размещен режущий инструмент 10, а также комплекс взаимосвязанных механических, гидравлических и электрических систем, а именно узел вращения 2, узел передачи вращения 3, узел подачи режущего инструмента 4, механизм прижатия корпуса к стенке скважины 5, узел электрогидроавтоматики 6, узел гидроаккумуляции и контроля перемещения 7 режущего инструмента, гидротермокомпенсатор давления 8. Прибор снабжен подвеской 9 в виде каротажного кабеля.

Устройство работает следующим образом.

Скважинный прибор опускают в скважину на каротажном кабеле в заданный интервал перфорации продуктивного пласта.

Затем с пульта управления скважинным прибором по каротажному кабелю 9 подают питание на электродвигатель прибора. При подаче питания вращение от вала электродвигателя через понижающий редуктор узла передачи вращения 3 передается на привод гидронасоса и далее на вал конического редуктора, который приводит во вращение режущий инструмент 10.

При подаче с пульта управления команды на выполнение процесса перфорации исполнительные механизмы скважинного прибора по конструктивно заданной последовательности работы элементов блока электрогидроавтоматики 6 отрабатывают свои действия. При этом срабатывает электромагнитный клапан, и поток рабочей жидкости поступает в магистрали и рабочие полости гидроцилиндров выдвижения верхней и нижней опор механизма фиксации 5 скважинного прибора в обсадной колонне и привода 4 поступательного движения режущего инструмента 10. При этом гидравлическая система скважинного прибора устроена таким образом, что первоначально отрабатывает механизм фиксации 5 и лишь затем начинает отрабатывать привод 4 поступательного движения режущего инструмента 10.

Вращающийся и поступательно выдвигающийся режущий инструмент 10 формирует перфорационный канал. Величина выхода инструмента визуально отображается на пульте управления. После выдвижения инструмента на полную длину с пульта управления подается команда на возврат исполнительных механизмов и элементов автоматики в исходное состояние, при этом гидравлическая система прибора отрабатывает в обратной последовательности. При срабатывании электромагнитного клапана открывается доступ рабочей жидкости из полости высокого давления в полость низкого давления, происходит сброс давления в рабочей полости привода 4 поступательного движения инструмента. Рабочая жидкость из узла гидроаккумуляции 7 поступает в надпоршневую полость узла подачи 4 режущего инструмента и обеспечивает его принудительный возврат в исходное состояние. Только после этого узел гидроаккумуляции 7 обеспечивает возвращение опор механизма фиксации 5 в исходное.

При втором цикле элементы узла электрогидроавтоматики 6 вначале обеспечивают подзарядку гидроцилиндров узла гидроаккумуляции 7, а затем работа исполнительных механизмов прибора происходит аналогично первому циклу.

В случае аварийного отключения питания в процессе выполнения перфорационного канала электродвигатель останавливается, электроклапаны узла электрогидроавтоматики 6 возвращаются в исходное нормальнозакрытое или нормальнооткрытое состояние, однако гидравлическая система прибора при этом отрабатывает по режиму окончания цикла выполнения перфорационного канала, т.е. за счет аккумулированной энергии в узле гидроаккумуляции 7 режущий инструмент 10 и опоры механизма фиксации 5 последовательно возвращаются в исходное положение.

Корпус 1 скважинного прибора является разгруженным относительно гидростатического давления в скважине, что обеспечивается гидротермокомпенсатором 8. Таким образом, исполнительные механизмы скважинного прибора функционируют в условиях повышенного давления, равного гидростатическому давлению в скважине.

За счет принудительного возвращения исполнительных механизмов в исходное состояние исключается заклинивание режущего инструмента и самого прибора и обеспечивается безаварийность работ в скважине.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам, используемым при вторичном вскрытии продуктивных пластов. Обеспечивает повышение надежности и эффективности работы прибора. Сущность изобретения: скважинный прибор содержит режущий инструмент, установленный в корпусе с возможностью выдвижения с помощью узла подачи режущего инструмента к стенке скважины и вращения с помощью узла вращения и узла передачи вращения режущему инструменту. Прибор также включает механизм фиксации корпуса прибора в скважине, выполненный в виде верхней и нижней опор. Согласно изобретению скважинный прибор дополнительно снабжен размещенными в корпусе и функционально совмещенными друг с другом узлом гидроаккумуляции и контроля перемещения с гидроцилиндрами для принудительного возвращения режущего инструмента и механизма фиксации в исходное состояние, узлом электрогидроавтоматики с электромагнитными клапанами для обеспечения подзарядки гидроцилиндров узла гидроаккумуляции, гидротермокомпенсатором давления для разгружения корпуса от гидростатического давления в скважине. Привод узла подачи режущего инструмента выполнен с гидроцилиндрами и магистралями. Режущий инструмент выполнен с возможностью его выдвижения при срабатывании электромагнитного клапана и поступления рабочей жидкости в гидроцилиндры механизма фиксации и привода узла подачи режущего инструмента и последующего возврата с механизмом фиксации в исходное состояние после сброса давления в приводе узла подачи режущего инструмента. Верхняя и нижняя опоры выполнены с возможностью прижатия прибора к стенке скважины со стороны выхода режущего инструмента. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Скважинный прибор, содержащий режущий инструмент, установленный в корпусе с возможностью выдвижения с помощью узла подачи режущего инструмента к стенке скважины и вращения с помощью узла вращения и узла передачи вращения режущему инструменту, а также механизм фиксации корпуса прибора в скважине, выполненный в виде верхней и нижней опор, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен размещенными в корпусе и функционально совмещенными друг с другом узлом гидроаккумуляции и контроля перемещения с гидроцилиндрами для принудительного возвращения режущего инструмента и механизма фиксации в исходное состояние, узлом электрогидроавтоматики с электромагнитными клапанами для обеспечения подзарядки гидроцилиндров узла гидроаккумуляции, гидротермокомпенсатором давления для разгружения корпуса от гидростатического давления в скважине, привод узла подачи режущего инструмента выполнен с гидроцилиндрами и магистралями, а режущий инструмент выполнен с возможностью его выдвижения при срабатывании электромагнитного клапана и поступления рабочей жидкости в гидроцилиндры механизма фиксации и привода узла подачи режущего инструмента и последующего возврата с механизмом фиксации в исходное состояние после сброса давления в приводе узла подачи режущего инструмента, а верхняя и нижняя опоры выполнены с возможностью прижатия прибора к стенке скважины со стороны выхода режущего инструмента.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что режущий инструмент выполнен с возможностью телескопического выдвижения.