Режущий узел гидромеханического щелевого перфоратора Российский патент 2019 года по МПК E21B43/112 

Режущий узел гидромеханического щелевого перфоратора

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин, а именно к конструкции устройств для вскрытия продуктивных пластов посредством гидромеханической щелевой перфорации.

Известен гидромеханический щелевой перфоратор, содержащий корпус, поршень-толкатель, возвратную пружину, отклоняющий клин и смонтированный на оси ролика выдвижной режущий ролик, отличающийся тем, что корпус перфоратора разделен на верхнюю и нижнюю части, в верхней части корпуса выполнены отверстия, в которых установлены соединенные с центральным гидравлическим каналом гидромониторные насадки для подачи в зону резки циркуляционной жидкости, соосно верхней части корпуса установлен поршень-толкатель с возвратной пружиной, в нижней части корпуса установлена возвратная пружина с гайкой регулировки осевого усилия, между верхней и нижней частями корпуса установлены режущие секции, соединенные между собой через регулировочные кольца с помощью резьбовых соединений, в корпусе каждой режущей секции установлен с возможностью осевого перемещения отклоняющий клин, с верхней и нижней наклонными поверхностями, обращенными друг к другу, между которыми на оси, закрепленной в корпусе установлен с возможностью поворота рычаг, в пазу которого на оси ролика установлен ролик, рычаг входит в паз, выполненный на верхней наклонной поверхности клина, фиксирует клин в корпусе режущей секции от радиального перемещения и взаимодействует выступами на рычаге с рабочей поверхностью отклоняющего клина, при этом ролик входит с зазором в углубление, выполненное на рабочей поверхности отклоняющего клина, а над роликом в корпусе выполнен продольный паз (патент на полезную модель РФ № 135710, опубл. 20.12.2013).

Также известен режущий узел гидромеханического щелевого перфоратора, включающий режущие инструменты в виде дисков, расположенных в корпусе перфоратора с возможностью вертикально-радиального выдвижения через пазы корпуса перфоратора, и механизм выдвижения дисков, приводимый в действие поршнем, перемещающимся в корпусе перфоратора под действием давления, отличающийся тем, что режущий узел содержит, по меньшей мере, две режущих секции с режущими дисками и механизмами их выдвижения, корпуса режущих секций выполнены разъемными и соединяются между собой с возможностью осевого поворота относительно друг друга на нужный угол, причем соединение режущих секций выполнено с возможностью фиксации под выбранным углом поворота, а механизмы выдвижения дисков всех режущих секций приводятся в движение поршнями, последовательно соединенными между собой (патент на изобретение РФ № 2371569, опубл. 27.10.2009).

Наиболее близким техническим решением, по общей совокупности признаков, выбранным заявителем в качестве прототипа, является режущий узел, выполненный в корпусе перфоратора, приводимый в действие поршнем или плунжером, включает выдвижные режущие инструменты, размещенные на держателях, один из которых зафиксирован относительно поршня (плунжера), а другой - относительно корпуса перфоратора. Держатели выполнены с возможностью взаимодействия и перемещения относительно друг друга с выдвижением режущих инструментов в противоположные стороны при перемещении поршня (плунжера). Режущий узел дополнительно снабжен механизмом приведения выдвигающихся деталей в транспортное положение и фиксации их в этом положении, включающим по крайней мере один направляющий паз, выполненный в держателе, зафиксированном относительно корпуса, и по крайней мере одну тягу, прикрепленную к держателю, зафиксированному относительно поршня (плунжера) или к поршню (плунжеру), выполненную с возможностью перемещения по пазу и обеспечения тем самым возврата держателя с пазом в транспортное положение при обратном движении поршня (плунжера), и включающим выемку, выполненную в держателе, зафиксированном относительно поршня (плунжера), в форме, близкой рельефу кромки корпуса, с возможностью фиксации этого держателя в корпусе при отсутствии давления на поршень (плунжер) за счет сцепления кромки корпуса с выемкой держателя (патент на изобретение РФ № 2459932, опубл. 27.08.2012г.).

Недостатком данной конструкции является то, что с данным механизмом перфоратор не обладает высокой производительностью, а также не достаточно надежен из-за неравномерного распределения нагрузки на составные части.

Технической задачей заявляемого изобретения является обеспечение повышенной производительности перфоратора.

Технический результатом является сокращение мертвой зоны перфорации, а дополнительный технический результат – обеспечение симметричной нагрузки деталей перфоратора.

Техническая задача достигается тем, что режущий узел гидромеханического щелевого перфоратора, выполненный в корпусе перфоратора, приводимый в действие поршнем, имеющим возможность воздействия на режущую секцию, включающую выдвижные режущие инструменты в виде дисков, размещенные на одноплечих рычагах, выполняющих функции держателей, один из которых зафиксирован относительно поршня, а другой - относительно корпуса перфоратора, при этом одноплечие рычаги выполнены с возможностью взаимодействия и перемещения относительно друг друга с выдвижением режущих инструментов в противоположные стороны при перемещении поршня, режущий узел имеет возможность приведения выдвигающихся деталей в транспортное положение, включающим направляющий паз, выполненный в одноплечем рычаге, зафиксированном относительно корпуса, и тягу, прикрепленную к одноплечему рычагу, зафиксированному к поршню, выполненную с возможностью перемещения по пазу и обеспечения возврата одноплечего рычага с пазом в транспортное положение при обратном движении поршня, отличается тем, что содержит дополнительную режущую секцию, выполненную симметрично относительно горизонтальной оси и повернутую в вертикальной плоскости, в нижней части корпуса оппозитно установлен дополнительный поршень, который взаимодействует с дополнительной режущей секцией, режущая секция и дополнительная режущая секция развернуты под углом вокруг оси перфоратора и смещены по вертикали друг относительно друга из условия перекрытия мертвой зоны перфорации, причем одноплечие рычаги выполнены в виде секторов, с возможностью взаимодействия по сопряженным дугам окружности.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:

- устройство содержит дополнительную режущую секцию;

- дополнительная режущая секция выполнена симметрично относительно горизонтальной оси;

- дополнительная режущая секция повернута в вертикальной плоскости;

- режущая секция и дополнительная режущая секция развернуты под углом вокруг оси перфоратора;

- режущая секция и дополнительная режущая секция смещены относительно друг друга по вертикали из условия перекрытия мертвой зоны перфорации;

- одноплечие рычаги выполнены в виде секторов, с возможностью взаимодействия по сопряженным дугам окружности.

Поэтому можно предположить, что заявляемое изобретение соответствует критерию «новизна».

Изобретение может быть реализовано с использованием известного технологического оборудования, поэтому оно соответствует критерию «промышленная применимость».

В заявляемой конструкции достигается симметричная нагрузка деталей перфоратора, что позволяет увеличить срок их службы, снизить дополнительные нагрузки на перфоратор за счет компенсации друг другом симметрично направленных сил, исключить истирание корпуса перфоратора о стенку скважины, за счет центрации корпуса перфоратора в скважине благодаря симметрично распределённым нагрузкам между четырьмя режущими инструментами. Кроме того конструкция позволяет реализовать основной технический результат - сокращение мертвой зоны перфорации за счет движения режущих инструментов навстречу друг другу при рабочем ходе, что достигается оппозитным расположением поршней основной и дополнительной режущей секцией. Также особенностью конструкции является то, что одноплечие рычаги выполнены в виде секторов, с возможностью взаимодействия по сопряженным дугам окружности что также определяет симметрию противолежащих усилий и снижает вероятность заклинивания устройства по сравнению с прототипом.

При проведении патентно-информационных исследований заявляемая совокупность признаков выявлена не была, поэтому можно предположить, что заявляемое изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень».

На фиг. 1 изображён режущий узел в исходном, нерабочем положении.

На фиг. 2 изображён режущий узел в открытом, рабочем положении с выдвинутыми из корпуса режущими инструментами.

На фиг. 3 изображена внутренняя стенка скважины в развёрнутом виде с перфорационными щелями на ней, и показано влияние расстояния между верхним и нижним режущими инструментами на размер мёртвой зоны перфорации.

На фиг. 4 изображено распределение усилий на детали перфоратора на примере верхней режущей части 2, где:

- F порш – усилие, воздействующее со стороны поршня 4 на одноплечий рычаг 6.

- FN – усилие реакции на одноплечий рычаг 7 со стороны корпуса 1.

- F перф – усилие перфорации, действующее на режущие инструменты 5.

- F – вектор сумма F порш+F перф.

Режущий узел гидромеханического щелевого перфоратора расположен в корпусе 1, состоит из режущей секции 2 и дополнительной режущей секции 3, развёрнутых друг относительно друга вокруг оси перфоратора на угол α. Причем дополнительная режущая секция выполнена симметрично относительно горизонтальной оси и повернута на 180º. В верхней части корпуса 1 установлен поршень 4, выдвижные режущие инструменты 5, размещенные в одноплечих рычагах 6, 7, один 6 из которых зафиксирован в поршне 4 с возможностью поворота, а другой 7 – зафиксирован в корпусе 1 перфоратора с возможностью поворота. Одноплечие рычаги 6, 7 выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом и перемещения относительно друг друга с выдвижением режущих инструментов 5 в противоположные стороны при перемещении поршня 4. Режущая секция 2 снабжена механизмом приведения выдвигающихся деталей в транспортное положение и фиксации их в этом положении. Этот механизм включает направляющий паз 8, выполненный в одноплечем рычаге 7, и тягу 9, прикрепленную к поршню 4, выполненную с возможностью перемещения по пазу 8 и обеспечения тем самым возврата одноплечего рычага 7 с пазом 8 в транспортное положение при обратном движении поршня 4.

Нижняя режущая часть 3 функционально повторяет верхнюю 2 и состоит из поршня 10, выдвижных режущих инструментов 11, размещенных в одноплечих рычагах 12, 13, один 12 из которых зафиксирован в поршне 10 с возможностью поворота, а другой 13 – зафиксирован в корпусе 1 перфоратора с возможностью поворота. Одноплечие рычаги 12, 13 выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом и перемещения относительно друг друга с выдвижением режущих инструментов 11 в противоположные стороны при перемещении поршня 10. Нижняя режущая часть снабжена механизмом приведения выдвигающихся деталей в транспортное положение. Этот механизм включает направляющий паз 14, выполненный в одноплечем рычаге 13, и тягу 15, прикрепленную к поршню 10, выполненную с возможностью перемещения по пазу 14 и обеспечения тем самым возврата одноплечего рычага 13 с пазом 14 в транспортное положение при обратном движении поршня 10.

В представленном на чертеже варианте исполнения устройства режущая секция 2 и дополнительная режущая секция 3 расположены таким образом, что поршни 4 и 10 расположены оппозитно друг другу и имеют направление рабочего хода навстречу друг другу, при этом оси вращения одноплечих рычагов 7 и 13 всё время неподвижны относительно корпуса 1. Одноплечие рычаги 6, 7, 12, 13 представляют собой расклинивающие друг друга сектора, выполненные с возможностью поворота при взаимодействии их сопряженных окружностей 16 друг с другом. Угол α между плоскостями, в которых расположены режущие инструменты 5 и 11 верхней 2 и нижней 3 режущих частей может принимать значения от 0 до 180 градусов. Следует отметить, что режущая секция 2 и дополнительная режущая секция 3 смещены относительно друг друга по вертикали из условия перекрытия мертвой зоны перфорации (см. фиг.3).

В исходном положении выдвижные режущие инструменты 5 и 11 находятся в сложенном состоянии и скрыты внутри корпуса 1 (см. фиг.1).

Подаваемая под давлением в перфоратор рабочая жидкость поступает к поршню 4 верхней режущей секции 2 через центральную полость корпуса 1, а к поршню 10 дополнительной режущей секции 3, например, через каналы в корпусе 1. Под действием давления рабочей жидкости оппозитно-расположенные поршни 4 и 10 двигаются навстречу друг другу, толкая одноплечие рычаги 6 и 12. При этом одноплечие рычаги 6 и 12, взаимодействуют с одноплечими рычагами 7 и 13 соответственно, что приводит к выходу из корпуса 1 выдвижных режущих инструментов 5 и 11 и воздействии ими с необходимым усилием на стенки скважины.

При отсутствии давления над поршнями 4 и 10 они под действием, например, пружин, возвращаются в исходное положение вместе с одноплечими рычагами 6, 12 и тягами 9 и 15. Тяги 9 и 15, находясь во взаимодействии с направляющими пазами 8 и 14, возвращают одноплечие рычаги 7 и 13 в исходное положение.

Заявляемое изобретение позволяет сократить мертвую зону перфорации за счёт того, что дополнительный поршень дополнительной режущей секции при подаче рабочей жидкости под давлением двигается навстречу поршню верхней режущей секции и обеспечивает симметричную нагрузку деталей перфоратора, что позволяет увеличить производительность перфоратора примерно в два раза.

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин, а именно к конструкции устройств для вскрытия продуктивных пластов посредством гидромеханической щелевой перфорации. Режущий узел гидромеханического щелевого перфоратора, выполненный в корпусе перфоратора, приводимый в действие поршнем, имеющим возможность воздействия на режущую секцию, включающую выдвижные режущие инструменты в виде дисков, размещенные на одноплечих рычагах, выполняющих функции держателей, один из которых зафиксирован относительно поршня, а другой - относительно корпуса перфоратора, при этом одноплечие рычаги выполнены с возможностью взаимодействия и перемещения относительно друг друга с выдвижением режущих инструментов в противоположные стороны при перемещении поршня, режущий узел имеет возможность приведения выдвигающихся деталей в транспортное положение и содержит направляющий паз, выполненный в одноплечем рычаге, зафиксированном относительно корпуса, и тягу, прикрепленную к одноплечему рычагу, зафиксированному к поршню, и выполненную с возможностью перемещения по пазу и обеспечения возврата одноплечего рычага с пазом в транспортное положение при обратном движении поршня. Режущий узел содержит дополнительную режущую секцию, выполненную симметрично относительно горизонтальной оси и повернутую в вертикальной плоскости. В нижней части корпуса оппозитно установлен дополнительный поршень, который взаимодействует с дополнительной режущей секцией. Режущая секция и дополнительная режущая секция развернуты под углом вокруг оси перфоратора и смещены по вертикали друг относительно друга из условия перекрытия мертвой зоны перфорации. Одноплечие рычаги выполнены в виде секторов с возможностью взаимодействия по сопряженным дугам окружности. Обеспечивается сокращение мертвой зоны перфорации, симметричная нагрузка на детали перфоратора, что позволяет увеличить производительность перфоратора. 4 ил.

Режущий узел гидромеханического щелевого перфоратора, выполненный в корпусе перфоратора, приводимый в действие поршнем, имеющим возможность воздействия на режущую секцию, включающую выдвижные режущие инструменты в виде дисков, размещенные на одноплечих рычагах, выполняющих функции держателей, один из которых зафиксирован относительно поршня, а другой - относительно корпуса перфоратора, при этом одноплечие рычаги выполнены с возможностью взаимодействия и перемещения относительно друг друга с выдвижением режущих инструментов в противоположные стороны при перемещении поршня, режущий узел имеет возможность приведения выдвигающихся деталей в транспортное положение и содержит направляющий паз, выполненный в одноплечем рычаге, зафиксированном относительно корпуса, и тягу, прикрепленную к одноплечему рычагу, зафиксированному к поршню, и выполненную с возможностью перемещения по пазу и обеспечения возврата одноплечего рычага с пазом в транспортное положение при обратном движении поршня, отличающийся тем, что содержит дополнительную режущую секцию, выполненную симметрично относительно горизонтальной оси и повернутую в вертикальной плоскости, в нижней части корпуса оппозитно установлен дополнительный поршень, который взаимодействует с дополнительной режущей секцией, режущая секция и дополнительная режущая секция развернуты под углом вокруг оси перфоратора и смещены по вертикали друг относительно друга из условия перекрытия мертвой зоны перфорации, причем одноплечие рычаги выполнены в виде секторов с возможностью взаимодействия по сопряженным дугам окружности.