Гидромеханический перфоратор

 

Изобретение относится к горной промышленности , в частности к устройствам для перфорации скважин. Целью изобретения является повышение надежности и увеличение глубины перфорационного канала за счет устранения возможности заклинивания инструмента путем калибровки стенок канала, Гидромеханический перфоратор содержит корпус, подпружиненный полый шток. С возможностью радиального перемещения установлена обойма 6, связанная со штоком посредством пальца 5. В обойме СО С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Е 21 B 43/114

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4805059/03 (22) 21.03.90 (46) 23,01.93. Бюл. ¹ 3 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт по бурению скважин и буровым растворам (72) B,С.Александров (56) Авторское свидетельство СССР

N. 720141, кл. Е 21 B 43/114, 1980, Авторское свидетельство СССР

N947398,,кл. Е 21 В 43/114, 1982, Патент США ¹ 4106561, кл. Е 21 В 43/112, 1979.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1337513, кл, Е 21 В 43/114, 1984.. Ы 1789674 А1 (54) ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПЕРФОРАТОР (57) Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для перфорации скважин. Целью изобретения является повышение надежности и увеличение глубины перфорационного канала за счет устранения возможности заклинивания инструмента путем калибровки стенок канала, Гидромеханический перфоратор содержит корпус, подпружиненный полый шток. С возможностью радиального перемещения установлена обойма 6, связанная со штоком посредством пальца 5, В обойме

1789674 ствуя на обойму 6 посредством пальца 5.

При этом обойма выдвигается из корпуса и режущий ролик воздействует на стенку обсадной колонны, Перфоратор возвратно-поступательно перемещают в скважине в пределах интервала перфорации. Давление в НКТ ступенчато увеличивают в процессе раскатки щели. После разрушения стенки обсадной колонны режущий ролик углубляется в цементный камень. При этом режущие кромки на боковой поверхности ролика калибруют боковые поверхности щели, а канавки очищаются от шлама очистителями, После завершения перфорации давление в

НКТ сбрасывают и ролик возвращается в транспортное положение. 1 п. ф-лы, 5 ил.

6 установлен с возможностью вращения режущий ролик. Нижний торец обоймы и прилегающая к нему поверхность корпуса выполнены со скосом, а на верхнем конце обоймы выполнена наклонная прорезь 10.

На боковых поверхностях режущего ролика выполнены канавки с режущими кромками, контактирующие с очистителями, выполненными в виде пружинящих лепестков. Устройство работает следующим образом, После спуска на интервал перфорации на насосно-комп рессорных трубах (HK7) сбрасывают шаровой клапан 4 и после размещения его в седле создают избыточное давление в НКТ. В результате действия давления на шток он смещается вниз, воздейколесе в процессе его вращения соответственно с диапазонах 0 — 180 и 180-360 .

Недостаток известного устройства: режущий элемент выдвигается из корпуса на

15 незначительную величину, поэтому цементное кольцо за обсадной колонной не прорезается, В известном перфораторе для обсадных труб, содержащем корпус с направляющими роликами, обойму-держатель, несущую режущий зубчатый элемент, подпружиненный поршень, рабочий процесс состоит из трех этапов: на первом этапе поворачивают вокруг ее оси обойму и запирают, на втоpoM — выводят из корпуса зубчатый элемент до соприкосновения с поверхностью обсад20

35 тем с поверхности совершают возвратнодвигается к обсадной колонне и поступательные движения НКТ вместе с перфоратором на величину, равную высоте нефтегазоносного пласта, поэтапно увелиотодвигается от нее за счет усилий, возникающих при койтактировании направляю40 щего пальца со стенками паза в червячном чивая избыточное давление; при этом ролиИзобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к перфорации обсаженных скважин.

Известен скважинный перфоратор, содержащий корпус и размещенные в нем полый шток, связанный с направляющим элементом и насадку, При подаче жидкости с абразивом под давлением через насоснокомпрессорные трубы (НКТ) в полый шток направляющий элемент с помощью реечнозубчатой передачи и сферического эксцентрика совершает круговые движения, прорезая отверстие в обсадной колонне. 3атем направляющий элемент прекращает колебательные движения, а насадка с гибкой трубкой вдавливаются избыточным давлением в пласт.

Недостатки известного скважинного перфоратора: сложная конструкция, низкая производительность, повышенные требования к герметичности резьбовых соединений труб, на которых спущен перфоратор.

Известно устройство для перфорации обсадных труб, содержащее установленный на приводной штанге корпус, режущий элемент в виде фрезы и механизм его подачи в виде червячной пары, винт которой располагается на приводной штанге, а червячное колесо связано с корпусом при помощи эксцентрично установленного относительно его оси направляющего пальца, концы которого размещаются в пазах кожуха. На кожухе установлены упорные ролики для взаимодействия в рабочем положении с обсадной колонной, Вращение от винта червячной пары передается к режущему элементу, который выной колонны, а на третьем этапе вертикально перемещают перфоратор в интервале залегания нефтегазоносного пласта; зубья режущего элемента продавливают отверстия в обсадной колонне с определенным шагом.

К недостаткам перфоратора относится неполное разрушение цементного кольца за обсадной колонной.

Известно устройство для создания перфорационных щелевых каналов, содержащее корпус, подпружиненный ш —,îê, оборудованный клином, который контактирует с обоймами, несущими на осях режущие ролики.

В известном устройстве при создании в

НКТ избыточного давления клин перемещается вниз и выдавливает по горизонтали из корпуса обоймы с режущими роликами до их соприкосновения с обсадной колонной. 3а1789674 ки все больше и больше выходят из корпуса; в результате в обсадной колонне прорезаются вертикальные щели.

Главный недостаток известного устройства — ограниченный ход режущих роликов, поэтому в цементном кольце щелевой канал не образуется, а возникают лишь трещины при движении роликов по поверхности цементного камня, контактирующей с обсадной колонной. Поэтому для создания каналов в цементном камне его дополнительно обрабатывают после работы перфоратором соляной кислотой, Кроме того, пружинки, с помощью которых скреплены обоймы, возвращают обоймы в исходное положение ненадежно из-за попадания между ними барита, кусочков породы, металла. Поэтому, не зашедшие внутрь корпуса режущие ролики, разламываются в процессе подъема перфоратора на поверхность.

Целью изобретения является повышение надежности и увеличения глубины перфорационного канала за счет устранения возможности заклинивания инструмента путем калибровки стенок канала.

Поставленная цель достигается за счет того, что гидромеханический перфоратор, содержащий корпус подпружиненный шток, обойму с режущим роликом и опорные ролики, он снабжен очистителями, выполненными в виде пружинящих лепестков, боковая поверхность режущего ролика выполнена в виде фрезы с радиальными канавками, причем очистители закреплены на обойме по обе стороны от режущего ролика с возможностью контакта с радиальными канавками, На фиг. 1 изображено исходное положение перфоратора, спускаемого на насоснокомпрессорных трубах (НКТ); на фиг, 2— конечное положение деталей перфоратора после прорезания вертикальных щелей в крепи скважины; на фиг, 3 — 5 — поперечные сечения перфоратора в разрезах соответственно А — А, Б — Б,  — В на фиг. 1.

Перфоратор состоит из цилиндрического корпуса 1, полого штока 2, имеющего на верхнем торце седло 3 под шаровой клапан

4; нижний конец штока посредством пальца

5 соединяется с обоймой 6, несущей режущий ролик 7, который установлен на оси 8.

Число роликов может быть больше одного.

Нижний торец обоймы выполнен, как и прилегающая поверхность нижней части корпуса со скосом 9, а на верхнем конце обоймы выполнена прорезь 10, которая наклонена противоположно скосу 9, На боковых поверхностях режущего ро. лика 7 выполнены фрезы 11, радиальные

55 канавки которых контактируют с очистителями, выполненными в виде металлических пружинящих лепестков 12, закрепленных на обойме 6 по обе стороны от режущего ролика 7. В корпусе 1 имеются боковые окна: окно 13 — для сброса цементной и металлической стружки, окно 14 — для выхода режущего ролика, окна 15 и 16 — для опорных роликов 17 и 18.

Шток 2 снабжен пружиной 19, а снизу в штоке прорезан продольный паз 20, в котором в процессе движения штока 2 вниз размещается верхняя часть обоймы 6.

Гидромеханический перфоратор работает следующим образом.

Перфоратор спускают в скважину на

Н КТ 21 и устанавливают на расчетной глубине в обсадной колонне 22. Затем в НКТ 21 сбрасывают шаровой клапан 4 и после его посадки на седло 3 создают избыточное давление в НКТ с поверхности, в результате на верхнем торце штока 2 возникает усилие, под действием которого шток 2 перемещается вниз, сжимая пружину 19. При этом нижний конец штока, воздействуя через посредство пальца 5 на нижнюю поверхность прорези 10 в обойме 6, выдвигает обойму 6 с режущим элементом 7 из корпуса 1 через окно 14 к поверхности обсадной колонны

22, при этом нижний торец обоймы 6 своим скосом 9 скользит по наклонной поверхности корпуса 1, При расчетном давлении режущий ролик 7 воздействует на стенку обсадной колонны 22 с некоторым усилием, после чего с поверхности совершают возвратно-поступательные движения НКТ 21 в пределах интервала перфорации. Затем улеличивают по ступеням избыточное давление в НКТ 21 и на каждой ступени повторяют возвратнопоступательные движения НКТ, при этом режущий ролик 7 перфорирует крепь скважины все глубже и глубже, прорезая щель сначала в обсадной трубе 22, затем в цементном кольце 23, а потом в породе нефтеносного или газоносного пласта 24, Боковые фрезы 11 режущего ролика 7 дополнительно разрушают цементный камень и транспортируют его кусочки в своих радиальных канавках внутрь корпуса 1, где цемент из канавок удаляется с помощью пружинящих лепестков 12, закрепленных с обеих сторон режущего ролика на обойме 6, За счет удаления разрушенного цементного камня из затрубного пространства обеспечивается надежное сообщение скважины с пластом, поэтому дополнительная кислотная обработка не требуется. Кроме того, боковые фрезы обрабатывают неровные поверхности щели в обсадной колонне, что обеспечи1789674

35

40 вает повышение ресурса режущего ролика и гидродинамического совершенства перфорационного канала.

Цементная и металлическая стружки сбрасываются через окно 13 и оседают в скважинной жидкости, Перфорацию скважины заканчивают после создания в Н КТ 21 расчетного (максимального) избыточного давления, при котором шток 2, переместившись вниз на расчетную величину, выдвинет обойму 6 с режущим элементом из корпуса 1 на заданное (максимальное) расстояние (см. фиг. 2).

После этого избыточное давление в Н КТ

21 снижают до нуля; пружина 19 разжимается, возвращая шток 2 и обойму 6 с режущим роликом 7 в исходное положение, Затем шар 4 вымывают на поверхность путем обратной циркуляции и приступают к вызову притока нефти или газа из пластов.

Изобретение иллюстрируется примером в условиях скважин ПО "Краснодарнефтегаз", B скважине N. 45 Северо-Нефтяной спускают перфоратор, устанавливают его на глубине 2095 м, сбрасывают в НКТ вЂ” 73 шар диаметром 20 мм и после его посадки на седло клапана создают с поверхности

Формула изобретения

Гидромеханический перфоратор, содержащий корпус, подпружиненный шток, обойму с режущим роликом и опорные ролики, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и увеличения глубины перфорационного канала за счет устранения возможности заклинивания инструмента путем калибровки стенок канаизбыточное давление в НКТ, равное

P se.=3 МПа. При таком давлении шток, сжимая пружину, опустится вниз и, взаимодействуя с обоймой посредством пальца, 5 выдвинет ее из корпуса до соприкосновения режущего ролика с поверхностью обсадной колонны. Производят пять возвратно-поступательных перемещений НКТ на всю высоту нефтеносного пласта, равную двум метрам, 10 Повышая давление по ступеням до 6,9 и

12 МПа повторяют такие же возвратно-поступательные движения Н КТ и заканчивают перфорацию. Затем Р<>6, снижают до нуля, вымывают на поверхность шарик путем об15 ратной циркуляции, а затем вызывают приток из пласта, заменив раствор на воду, Дебит скважины равнялся 5 т/сут. без проведения кислотной обработки, т.к. связь скважины с пластом была надежная.

20 С помощью перфоратора производят по такой же технологии вторичное вскрытие того же пласта в соседних скважинах на той же площади.

В результате применения перфоратора

25 в этих скважинах создают надежный щелевой канал, поэтому дополнительную кислотную обработку не производят, ла, он снабжен очистителями, выполненными в виде пружинящих лепестков, боковая поверхность режущего ролика выполнена в виде фрезы с радиальными канавками, причем очистители закреплены на обойме по обе стороны от режущего ролика с возможностью контакта с радиальными канавками, а диаметр режущего ролика равен наружному диаметру корпуса перфоратора, 1789674

77

Ю

Составитель Е, Молчанова

Техред М.Моргентал Корректор Л, Филь

Редактор T. Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 334 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5