Иглосверло перфоратора Российский патент 2023 года по МПК E21B43/11 

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам, предназначенным для перфорации нефтегазовых скважин, оборудованных обсадными трубами.

Известны устройства в машиностроительной практике для сверления отверстий различного вида – спиральные, оснащенные пластинами из твердого сплава, кольцевые, ступенчатые [Справочник технолога-машиностроителя / Под ред. Косиловой А.Г. и Мещерякова Р.К. – М.: Машиностроение, 1986, т.2. – С. 137].

Недостатком устройств является то, что они не приспособлены для перфорации нефтегазовых скважин, оборудованных обсадными трубами, и не обладают значительной надежностью.

Известны устройства, для вторичного вскрытия продуктивных объектов, которые нашли широкое применение в сверлящих перфораторах ПС-112 и ПС-112/70. В качестве режущего инструмента применяются сверла, оснащенные твердосплавной пластиной. Существенной особенностью сверления перфорационных каналов является резание разнородных по своим физико-механическим свойствам сред металла – обсадной трубы, цементного кольца и горной породы. При этом наиболее сложной с точки зрения разрушения является металл обсадной трубы, так как на резание металла затрачивается наибольшая мощность привода. При выходе инструмента из тела трубы происходит подхват слоя металла его периферийной частью, что сопровождается кратковременным резким ростом крутящего момента. Это обстоятельство в условиях ограниченной мощности привода питания по каротажному кабелю обуславливает ограничения по диаметру применяемого инструмента, а резкое изменение нагрузки приводит к возникновению сколов и разрушений режущих кромок, к нарушению целостности вала и элементов кинематики устройства [Яруллин Р.К. О разрушающем инструменте сверлящих перфораторов на кабеле. // НТВ АИС “Каротажник”. – Тверь, 1997, вып.37. – С. 96-98].

Недостатком устройств является то, что оно имеет ограничения по диаметру применяемого инструмента. Так же перфорационное отверстие имеет одинаковый диаметр, как в колонне, так и в горной породе.

Известно устройство и способ, для вторичного вскрытия продуктивных пластов. Установка включает отклоняющее устройство с изогнутым каналом, спущенное в обсадную колонну на трубах, внутрь которых спущен двигатель с выходным валом, соединенным гибким валом с режущим инструментом, снабженным ограничителем хода. Двигатель снабжен якорем, фиксирующим его относительно труб. Между выходным и гибким валами установлен промежуточный вал с грузом, соединенный с выходным валом с возможностью ограниченного осевого перемещения. Изогнутый канал дополнительно оснащен сверху – входной, а снизу – выходной направляющими втулками. Гибкий вал снабжен верхним и нижним центраторами, выполненными с возможностью скользящего взаимодействия соответственно с входной и выходной направляющими втулками. [Патент № 2339793 RU, E21B43/112, Установка для перфорации обсадной колонны в скважине. // Ш.Ф. Тахаутдинов, Р.М. Рахманов, К. М. Гарифов, Ф.З. Исмагилов, Ю.Р. Стерлядев, Т.Х. Шакиров, А.Х. Кадыров, А.В. Глуходед, В.А. Балбошин, И.Н. Рахманов, 06.04.2007].

Недостатком этого устройства является то, что перфорационные отверстия одинаковы в диаметре, как в обсадной колонне, так и в горной породе.

Наиболее близким, принятым за прототип, является устройство – сверло перфоратора нефтегазовых скважин, содержащее вал с элементом для связи с приводом, и наконечник с режущими элементами. Вал выполнен гибким, а наконечник оснащен ступенчатыми режущими элементами, выполненными в виде центральных и периферийных твердосплавных пластин, причем калибрующие кромки центральной твердосплавной пластины выполнены размером не менее 0,6 диаметра калибрующей кромки периферийных твердосплавных пластин, а точка пересечения калибрующих и режущих кромок центральной твердосплавной пластины отстоит от режущих кромок периферийных твердосплавных пластин на величину не менее 1,1 толщины обсадной колонны, а угол наклона режущих кромок периферийных твердосплавных пластин выполнен по кривизне внешней поверхности обсадной колонны, а концы гибкого вала расположены в цилиндрических проточках, выполненных в торце элемента связи с приводом и ступенчатого наконечника, на глубине не менее 1,25 диаметра гибкого вала. [Патент №2225939 RU, E21B43/11, Сверло перфоратора нефтегазовых скважин. // Р.К. Яруллин, 20.03.2004].

Недостатком этого устройства является то, что после перфорации обсадной колонны, цементного камня и при прохождении породы диаметр перфорируемого отверстия не увеличивается, что ограничивает возможность фильтрации нефти из продуктового пласта.

Техническим решением является то что после перфорации обсадной колонны и цементного камня при прохождении породы под действием центробежной силы проволочный ворс расходится относительно оси вращения, тем самым диаметр перфорации становится значительно больше, благодаря наконечника состоящего из пакета проволочного ворса, являющегося продолжением гибкого вала, оборудованного обоймой для формирования режущей части, на концах которого напаяны твёрдосплавные режущие элементы.

Сравнительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличает от известного то, что первоначальные компактные режущие кромки по мере выдвижения из обоймы увеличиваются в диаметре вследствие воздействия центробежных сил. Это позволяет обеспечить увеличенный диаметр перфорации породы в зоне фильтрации, что обеспечивает повышение дебета скважины. Таким образом, заявляемое иглосверло перфоратора нефтегазовых скважин соответствует критерию изобретения “новизна”.

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не обнаружено решения, обладающие сходными признаками. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию “существенные отличия”.

На фиг.1-3 представлен общий вид иглосверла перфоратора нефтегазовых скважин соответственно: вид спереди, вид сверху и вид сбоку (согласно ЕСКД), на фиг.4 и 5 – начальная и конечная фазы сверления обсадной колонны, на фиг.6 –фаза получения перфорации в горной породе скважины.

Устройство для перфорации нефтегазовых скважин состоит из наконечника 1, гибкого вала 2 и элемента для связи с приводом 3. Наконечник оснащен пакетом проволочного ворса 4, являющийся продолжением гибкого вала 2, установленного в специальной обойме 5 для крепления режущей части таким образом, чтобы образовались, как минимум одна плоская режущая кромка 6. Концы проволочного ворса 4 снабжены твёрдосплавными элементами. Обойма 5 установлена в корпусе перфоратора через упорный подшипник 7.

Устройство работает следующим образом.

Иглосверло приводится в движение винтовым забойным двигателем (на фиг. не показано), через элемент для связи с приводом 3 и гибкий вал 2. На начальном этапе сверления металла обсадной колонны в точке перфорации проводится наконечником 1, оборудованным твёрдосплавными элементами 6. При этом, на начальном этапе перфорации, формируется отверстие малого диаметра, равное диаметру сверла. На следующем этапе перфорации обойма 5 упирается в обсадную колонну упорным подшипником 7, тем самым обеспечивая дальнейшее осевое движение гибкого вала, что позволяет далее рассверливать цементный камень режущими кромками 6. На завершающем этапе сверления горной породы угол наклона режущих кромок проволочного ворса под действием центробежных сил увеличивается. Угол напрямую зависит от количества оборотов гибкого вала, регулируемого устройством, приводящего его в движение. Тем самым появляется возможность регулирования диаметра перфорации в зоне фильтрации горной породы скважины.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет увеличить диаметр перфорируемого отверстия в горной породе в зоне фильтрации, увеличивая дебет скважины в сравнении с прототипом на 40%.

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам, предназначенным для перфорации нефтегазовых скважин, оборудованных обсадными трубами. Техническим результатом является обеспечение возможности регулирования диаметра перфорации в зоне фильтрации горной породы за счет увеличения угла наклона режущих кромок проволочного ворса под действием центробежных сил. Заявлено иглосверло перфоратора нефтегазовых скважин, содержащее гибкий вал с элементом для связи с приводом и наконечник с режущей частью. Наконечник оборудован обоймой для крепления и формирования режущей части в виде пакета проволочного ворса, являющегося продолжением гибкого вала, с образованием как минимум одной плоской режущей кромки. При этом на концы проволочного ворса напаяны твердосплавные элементы. 6 ил.

Иглосверло перфоратора нефтегазовых скважин, содержащее гибкий вал с элементом для связи с приводом и наконечник с режущей частью, отличающееся тем, что наконечник оборудован обоймой для крепления и формирования режущей части в виде пакета проволочного ворса, являющегося продолжением гибкого вала, с образованием как минимум одной плоской режущей кромки, при этом на концы проволочного ворса напаяны твердосплавные элементы.