Импульсный гидравлический пер-фОРАТОР Советский патент 1981 года по МПК E21B43/11 

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПЕРФОРАТОР

1

Изобретение относится к нефтегазодобываюш,ей промышленности, а именно к способам и устройствам для перфорации скважин направленной струей жидкосчи.

Известен гидропескоструйный перфоратор, включающий корпус с гидромониторными насадками 1.

Перфорация обсадных колонн, цементного камня и горной породы с использованием данного устройства осуш,ествляется за счет использования абразивного и гидромониторного эффектов высокоскоростных песчано-жидкостных струй, вылетаюших с большой скоростью из насадок.

По литературным источникам глубина перфорационного канала в продуктивном пласте скважин находится в пределах 20- 25 см при длительности воздействия до 25 мин.

Для дальнейшего увеличения глубины перфорационного канала и сокрашения времени перфорации, необходимо увеличение диаметра насадки и, как следствие, увеличение числа насосных агрегатов.

При добавлении в рабочую жидкость абразивного материала интенсификация процесса возрастает, но это вызывает быстрый износ наземного и подземного оборудования При проведении гидропескоструйной перфорации на больших глубинах эффективность ее падает, поскольку на струю рабочей жидкости велико влияние гидростатики, а также велики гидравлические потери при прокачке рабочей жидкости.

Известен также импульсный гидравлический перфоратор для вскрытия продуктивного пласта, содержащий wopnyc с наконечником, пороховой заряд, мембрану, рабочую жидкость в камере с коническим каналом, нижним концом который направлен на стенку скважины 2.

.Недостатком этой конструкции перфоратора является малая длительность воздейстВИЯ струи на пласт, небольшой объем рабочей жидкости, воздействующей на пласт при взрыве порохового заряда, для создания давления используется энергия пороховых газов.

Известен также импульсный гидравлический перфоратор, включающий корпус с гидромониторными насадками и механизм периодического перекрытия насадка, состоящий из вращающегося ротора с отверстияМИ, приводимого в движение гидравлической турбиной 3. При вращении ротора гидромониторные насадки периодически перекрываются, а при совпадении отверстий ротора с насадками происходит выпуск струи рабочей жидкости из перфоратора. Недостатком данного перфоратора является сложность его конструкции, т. к. для привода ротора используется многоступенчатая турбина, лопасти которой быстро изнашиваются, особенно, при наличии абразива в рабочей жидкости, что снижает надежность работы. Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции перфоратора. Указанная цель достигается тем, что механизм периодического перекрытия насадок выполнен в виде полого плунжера, жестко соединенного с двухступенчатым полым порщнем, подпружиненным относительно корпуса, и соосно расположенного в плунжере и поршне ступенчатого щтока, подпружиненного относительно поршня и имеющего осевой канал, перекрытый в верхней части тарельчатым клапаном с индикаторным стержнем, причем двухступенчатый поршень образует с корпусом надпорщневую камеру, гидравлически связанную с осевым каналом ступенчатого штока и через канал с жиклером со скважинным пространством, и подпоршневую камеру, гидравлически связанную каналом с полостью над плунжером. На фиг. 1 изображен общий вид перфоратора в разрезе в момент перекрытия насадок, на фиг. 2 - перфоратор в момент выпуска струи рабочей жидкости из насадок. Импульсный гидравлический перфоратор содержит корпус 1, связанный в верхней части с колонной труб 2, а в нижней части - с корпусом гидроцилиндра 3. Внутри корпуса 1, в его верхней части, установлен с возможностью перемещения плунжер 4, герметично перекрывающий внутреннюю полость 5 колонны труб 2 своим верхним конусом. Нижним конусом плунжер 4 выходит в цилиндрическую расточку 6 в корпусе 1, и жестко связан со ступенчатым порщнем 7, который установлен в цилиндрической расточке 6, с возможностью перемещения. Ступенчатый поршень 7 своим нижним концом 8 выходит в корпус гидроцилиндра 3 и опирается на возвратную пружину 9, установленную в камере переменного объема 10, которая каналом 11 постоянно связана с внутренней полостью 5 колонны труб 2 и в нижней части герметично закрыта резьбовой пробкой 12. Внутри плунжера 4 выполнен сквозной канал 13, в котором в верхней части установлена регулировочная пробка 14 с отверстием 15, регулировочная пробка 14 поджимает пружину 16 к головке 17 индикаторного стержня 18. Индикаторный стержень 18 содержит осевой канал 19, свободно проходит нижним концом внутри регулировочной гайки 20 и связани с тарелью клапана 21. Тарель клапана 21 установлена таким образом, что поджимается ж торцу двухступенчатого щтока 22, перекрывая канал 23, который своим нижним концом выходит в полость 24. Полость 24 каналом 25 в плунжере 4, связана с камерой переменного объема 26, образуемой внутренней поверхностью корпуса 1 и ступенчатым поршнем 7, а также через жиклер 27 в ступенчатом поршне 7, отверстие 28 в корпусе 1 - с межтрубным пространством. Нижний конец двухступенчатого щтока 22 образует подвижное соединение со ступенчатым порщнем 7 и опирается на пружину .29, установленную в цилиндрической расточке 30 ступенчатого порщня 7 и поджатую резьбовой пробкой 31. Цилиндрическая расточка 30 через канал 32 в теле ступенчатого поршня 7, канал 33 в корпусе гидроцилиндра 3, связана с межтрубным пространством. Двухступенчатый щток 22 уплотнен относительно плунжера уплотнением 34, а относительно внутренней поверхности ступенчатого поршня 7 уплотнением 35. В верхней части корпуса 1, в зоне перекрытия полости 5 колонны труб 2 плунжером 4, выполнена расточка 36, в которой установлена сменная насадка 37. Перфоратор работает следующим образом. На колонне труб 2 устройство опускается в скважину. Плунжер 4, связанный со ступенчатым порщнем 7, поджимается пружиной 9 к торцу колонны труб 2 и перекрывает внутреннюю полость 5. Рабочая жидкость в насадку 37 не подается. В полость 5 колонны труб 2 подают рабочую жидкость. При этом давление внутри колонны труб 2 возрастает и передается по отверстию 15 в регулировочной пробке 14 в сквозной канал 13 в плунжере 4 и далее по осевому каналу 19 в индикаторном стержне 18 передается на тарель клапана 21 и торец двухступенчатого штока 22. Тарель клапана 21 усилием пружины 16, действующей на головку 17 индикаторного стержня 18, и давлением рабочей жидкости поджимается к торцу двухступенчатого штока 22, перекрывая канал 23. Двухступенчатый шток 22, совместно с тарелью клапана 21 и индикаторным стержнем 13, давлением рабочей жидкости перемещаются вниз. При этом двухступенчатый шток 22 действует на пружину 29 и сжимает ее. Усилие пружины 29 подбирается с помощью резьбовой пробки 31. Давление рабочей жидкости в полости 5 колонны труб по каналу 11 постоянно действует на площадь поперечного сечения ступенчатого поршня 7 в камере переменного объема 10 и прижимает плунжер 4 к торцу колонны труб 2. При определенном давлении рабочей жидкости двухступенчатый шток 22 с тарелью клапана 21 и индикаторным стержнем 18 подходит к нижнему положению. Индикаторный стержень 18 головкой 17 зависает на регулировочной гайке 20. Тарель клапана 21 при этом отрывается от торца двухступенчатого штока 22 и открывает канал 23 для свободного прохода рабочей жидкости в полость 24. Рабочая жидкость под давлением по каналу 25 попадает в камеру переменного объема 26 и действует на ступенчатый поршень 7. OM: RpeMeHHo двухступенчатый шток 22 дополнительным усилием от давления рабочей жидкости, действуюш,им на плошадку в области перехода с меньшего диа.метра на больший, дожимается вниз и еш,е больше сжимает пружину 29. Ступенчатый поршень 7, совместно с плунжером 4 резко движется вниз, сжимает возвратную пружину 9 и вытесняет рабочую жидкость из камеры переменного объема 10 на колонну 11 в полость 5 колонны труб 2. Рабочая жидкость под давлением из полости 5 попадает через расточку 36 к сменной насадке 37. Струя рабочей жидкости истекает из часадки 37 и производит разрушение пороа,ы пласта. Так как расход рабочей жидкости через насадку 37 превышает расход наземного несоосного агрегата, то давление в полости 5 колонны труб 2 падает. При этом двухступенчатый шток 22 усилием сжатой пружины 29 движется вверх и встречается с тарелью клапана 21. Тарель клапана 21 перекрывает канал 23 и подача рабочей жидкости в полость 24 и камеру переменного объема 26 прекрашается. При этом на ступенчатый поршень 7 начинает действовать усилие сжатой пружины 9 и разность давлений рабочей жидкости в камере переменного объема 26 и камере переменного объема 10. Рабочая жидкость из камеры переменного объема 26 усилием пружины 9 и усилием от давления рабочей жидкости на ступенчатом поршне 7 вытесняется по каналу 25 в полость 24 и далее через жиклер 27, канал 28 выходит в межтрубное пространство. Ступенчатый поршень 7 совместно с плунжером 4 давлением рабочей жидкости на плош.адь поперечного сечения в камере переменного объема 10 движутся в верхнее положение. Плунжер 4 торцовой поверхностью перекрывает при опред-ленном давлении колонну труб 2. Двухступенчатый шток 22 с тарелью клапана 21 и индикаторным стержнем 18 при этом занимают исходное положение. Давление рабочей жидкости в полости 5 колонны труб 2 вновь возрастает и цикл повторяется. Формула изобретения Импульсный гидравлический перфоратор, включаюший корпус с гидромониторными насадками и механизм периодического перекрытия насадок, отличающийся тем, что, с целью упрошения конструкции, механизм периодического перекрытия насадок выполнен в виде полого плунжера, жестко соединенного с двухступенчатым полым поршнем, подпружиненным относительно корпуса, и соосно расположенного в плунжере и поршне ступенчатого штока, подпружиненного относительно поршня и имеюшего осевой канал, перекрытый в верхней части тарельчатым клапаном с индикаторным стержнем, причем двухступенчатый поршень образует с корпусом надпоршневую камеру, гидравлически связанную с осевым каналом ступенчатого штока и через канал с жиклером со скважинным пространством, и подпоршневую камеру, гидравлически связанную каналом с полостью над плунжером. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Лаврушко П. Н. и др. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин. М., «Недра, 1971, с. 29. 2.Авторское свидетельство СССР № 563484, кл. Е 21 В 43/117, 07.01.74. 3.Авторское свидетельство СССР 350932, кл. Е 21 В 43/114, 15.07.70.

/

//

$иг.2