Гидравлический перфоратор

 

Использование: в горной промышленности, при строительстве, освоении, эксплуатации и ремонте скважин. Обеспечивает расширение технологических возможностей, надежное центрирование в обсадной колонне. Сущность изобретения: устройство включает корпус,выполненный в виде секций. В верхней части корпуса помещен патрубок с муфтой в верхней части и полумуфтой в нижней части. Патрубок установлен с возможностью осевого перемещения. В корпусе также помещена двухступенчатая, подпружиненная относительно корпуса втулка. Эта втулка помещена в корпусе между патрубком и насадками и образует с корпусом дополнительную кольцевую полость,заполненную маслом. Дифференциальная втулка выполнена с конической поверхностью в нижней части и возвратной пружиной и помещена в нижней секции корпуса. Корпус против дифференциальной втулки выполнен с радиальными отверстиями,в которых установлены подпружиненные плашки с полусферическими поверхностями. Они взаимодействуют с конической поверхностью дифференциальной втулки. Против двухступенчатой втулки корпус выполнен с выдвижными штоками в виде поршней. Их надпоршневое пространство гидравлически связано с дополнительной кольцевой полостью. Под двухступенчатой втулкой корпус выполнен с боковыми отверстиями. Они выполнены с возможностью их перекрытия при осевом перемещении двухступенчатой втулки. 3 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к строительству, освоению, эксплуатации и ремонту скважин, а именно к устройствам для вскрытия и обработки пластов.

Известен гидравлический перфоратор, включающий корпус в виде секций, одна из которых имеет насадки, ниже и выше расположенные секции с выдвижными элементами, переводник для подсоединения к насосно-компрессорным трубам, подпружиненные плашки в радиальных отверстиях и седло под бросовый шар.

Недостатком известного гидравлического перфоратора является невысокая надежность центрирования в стволе скважины пружинными центраторами из-за их высокой деформирующей способности, а также недостаточно эффективное фиксирование перфоратора только пружинными плашками, поскольку не предусмотрены механизмы, воспринимающие удлинение и продольные вибрации насосно-компрессорных труб (НКТ) при повышении и пульсации давления во время перфорации. Центрирование и фиксирование гидравлического перфоратора относительно обсадной колонны существенно затрудняется когда, ко всему прочему, реактивные силы истечения жидкости из гидравлических насадок взаимно не уравновешаны, то есть при их расположении на разных уровнях по одной штуке и в разных направлениях, что бывает вызвано технологическими соображениями, однако способствует из-за образования момента сил эксцентричному расположению перфоратора в скважине и удалению среза насадок от обсадной колонны, а значит, снижению перфорационной способности. Кроме того, гидравлический перфоратор не предусматривает клапан для опорожнения НКТ в процессе подъема после перфорации, что вызывает перелив перфорационной жидкости на устье при отвороте очередной трубы и тем самым ухудшение условий работы обслуживающего персонала или способствует замедлению процесса подъема НКТ, так как жидкость не успевает перетечь в скважину через отверстия в насадках.

Известен также гидравлический перфоратор, включающий корпус в виде секций, одна из которых имеет насадки, дифференциальную втулку с седлом под бросовый шар, помещенную в корпусе и образующую с последним кольцевую полость, гидравлически связанную с внешним пространством.

Недостатком этого гидравлического перфоратора является то, что он не предусматривает центрирование, фиксирование по отношению к обсадной колонне и гашение продольных вибраций НКТ при перфорации, а в том случае,когда насадки расположены на разных уровнях и противоположно направлены, гашение поперечных вибраций перфоратора. Поэтому на создание неточечного, а эллипсообразного перфорационного канала потребуется больше времени. Кроме того, поскольку гидравлический перфоратор не предусматривает и установку клапана для создания дополнительного перетока жидкости из НКТ после перфорации, на подъем НКТ также потребуется больше времени.

Сущность изобретения заключается в том, что гидравлический перфоратор снабжен патрубком с муфтой в верхней части и полумуфтой в нижней части, помещенным в верхней части корпуса с возможностью осевого перемещения, и двухступенчатой подпружиненной относительно корпуса втулкой, помещенной в последнем между патрубком и насадками и образующей с ним дополнительную кольцевую полость, которая заполнена маслом, а дифференциальная втулка выполнена с конической поверхностью в нижней части и возвратной пружиной и помещена в нижней секции, при этом корпус выполнен против дифференциальной втулки с радиальными отверстиями и установленными в них подпружиненными плашками с полусферическими поверхностями, взаимодействующими с конической поверхностью дифференциальной втулки, против двухступенчатой втулки с выдвижными штоками в виде поршней, надпоршневое пространство которых гидравлически связано с дополнительной кольцевой полостью, а под двухступенчатой втулкой корпус выполнен с боковыми отверстиями с возможностью их перекрытия при осевом перемещении двухступенчатой втулки.

Технический результат выражается в расширении технологических возможностей, обеспечении надежного центрирования и фиксирования относительно обсадной колонны в процессе перфорации.

На фиг. 1 изображен гидравлический перфоратор в процессе его спуска в скважину на фиг. 2 работа механизмов гидравлического перфоратора при перфорации на фиг. 3 то же, при подъеме из скважины.

Гидравлический перфоратор состоит из корпуса в виде четырех секций 1, 2, 3 и 4, соединенных между собой резьбами 5 и уплотнительными кольцами 6. В нижней секции 1 концентрично установлена дифференциальная втулка 7 с центральным каналом 8, выполненная в нижней части с конической поверхностью 9, в верхней части дифференциальная втулка 7 снабжена уплотнительными кольцами 10 и имеет посадочное седло 11 под бросовый шар 12. Дифференциальная втулка 7 образует с корпусом 1 кольцевую полость 13, куда помещена возвратная пружина 14. Через отверстия 15 кольцевая полость 13 гидравлически связана с внешним пространством. В нижней части секции 1 против дифференциальной втулки 7 выполнены радиальные отверстия 16, куда установлены плашки 17 с пружинами 18. Плашки 17 выполнены с полусферической поверхностью 19, взаимодействующей с конической поверхностью 9 дифференциальной втулки 7. Осевое перемещение дифференциальной втулки 7 сверху ограничено ввертышами 20. В секции 2 выполнена пазы 21 и нарезаны резьбы 22 под чехлы 23 насадок 24, удерживаемых разрезными пружинными кольцами 25. Для сохранения герметичности цементной крепи насадки 24 расположены на разных уровнях, а для повышения совершенства вскрытия направлены в разные стороны. В секции 3 концентрично установлена подпружиненная двухступенчатая втулка 26, под которую выполнены три цилиндрические расточки 27, 28 и 29. Размер осевого канала 30 двухступенчатой втулки 26 больше диаметра бросового шара 12. Между двухступенчатой втулкой 26 и верхней цилиндрической расточкой 27 размещена возвратная пружина 31, а напротив промежуточной расточки 28 выполнены радиальные отверстия 32, в которые установлены выдвижные штока 33 в виде поршней с уплотнительными кольцами 34 и отверстие 35, через которое в дополнительную кольцевую полость 36 между двухступенчатой втулкой 26 и корпусом 3 заливают масло 37 и затем закрывают пробкой 38. Двухступенчатая втулка 26 в таком случае снабжена двумя уровнями уплотнительных колец 39 и 40. Напротив цилиндрической расточки 29 под двухступенчатой втулкой 26 выполнены боковые отверстия 41 с возможностью их перекрытия при осевом перемещении двухступенчатой втулки 26 вниз. Осевые перемещения двухступенчатой втулки 26 ограничены снизу торцевым упором 42, а сверху ввертышами 43. Верхняя секция 4 выполнена с упором 44, снабженным системой уплотнения 45 и смазки 46 патрубка 47, концентрично установленного в корпусе 4 с возможностью осевого перемещения. С патрубком 47 внизу соединена полумуфта 48, а вверху муфта 49. Для облегчения операций по отвороту и завороту секций в них выполнены отверстия 50 под вороток.

Гидравлический перфоратор работает следующим образом.

К муфте 49 подсоединяются НКТ, на которых гидравлический перфоратор спускается в скважину с положением элементов устройства, показанном на фиг. 1. Во время спуска перфоратора в скважину происходит самозаполнение НКТ скважинной жидкостью через центральный канал 8 дифференциальной втулки 7, насадки 24 и боковые отверстия 41. По окончании спуска перфоратора промывают забой от осадка через центральный канал 8, затем перфоратор приподнимают и устанавливают на необходимой отметке. При этом патрубок 47 занимает крайнее верхнее положение в секции 4 и полумуфта 48 контактирует с упором 44. Бросают шар 12 и после его посадки на седло 11 дифференциальной втулки 7 производят перфорацию. Начинают промывку с постепенным повышением давления. Дифференциальная втулка 7, сжимая пружину 14 и вытесняя жидкость из кольцевой полости 13 через отверстия 15, опускается вниз. Полусферические поверхности 19 плашек 17 скользят по все более увеличивающемуся в диаметре конусу 9. В результате плашки 17, сжимая пружины 18, выдвигаются из радиальных отверстий 16 и прижимаются к обсадной колонне. До этого момента произойдет некоторое удлинение НКТ, когда торец полумуфты 48 еще находится в контакте с упором 44, но после крепления перфоратора плашками 17 на обсадной колонне с дальнейшим повышением давления удлинение НКТ будет сказываться только на перемещении патрубка 47 вниз внутрь секции 4. Наступает такой момент когда давление на кольцевую поверхность двухступенчатой втулки 26 и перепада давления в ее осевом канале 30 будет достаточно, чтобы сжать пружину 31 и одновременно с повышением давления в дополнительной кольцевой полости 36 выдавить из радиальных отверстий 32 штока 33, которые прижимаются к обсадной колонне, и вместе с тем перекрыть боковые отверстия 41. С этого момента весь объем перфорационной жидкости будет поступать в секцию 2 с насадками 24, которая секциями ниже 1 и выше 3 будет строго отцентрирована и жестко зафиксирована в обсадной колонне. К этому моменту давление доводят до рабочего, при этом все колебания длин НКТ из-за пульсаций давления наземных поршневых насосов будет восприниматься демпферной секцией 4, то есть патрубок 47 будет совершать возвратно-поступательные движения в упоре 44. Причем длину патрубка 47 и секции 4 подбирают такими, чтобы при перфорации не происходило контакта и удара муфты 49 и полумуфты 48 о упор 44.

После создания перфорационных каналов давление постепенно сбрасывают. НКТ сжимаются и увлекают за собой патрубок 47. Ослабляется давление на дифференциальную 7 и двухступенчатую 26 втулки, а значит, уменьшается степень прижатия плашек 17 и штоков 33 к обсадной колонне. В некоторый момент давление падает на столько, что двухступенчатая втулка 26 возвратной пружиной 31 приподнимается из-за снижения давления в дополнительной кольцевой полости 36, заполненной маслом 37, шток 33 втягивается внутрь и наконец открываются боковые отверстия 41, в результате происходит ускоренное выравнивание давлений в трубном и затрубном пространствах НКТ. Происходит дальнейшее сокращение НКТ, при этом торец полумуфты 48 входит в контакт с упором 44, но поскольку из-за ускоренного выравнивания давления через боковые отверстия 41 дифференциальная втулка 7 возвратной пружиной 31 немного приподнялась, а плашки 17 в свою очередь пружинами 18 начали задвигаться внутрь секции 1, резкого срыва перфоратора не произойдет. Циркуляцию перфорационной жидкости приостанавливают, плашки 17 и шток 33 полностью заходят внутрь перфоратора, его устанавливают на новой отметке и процесс повторяют.

После перфорации производят подъем, положение элементов конструкции таково, как показано на фиг. 3. Ввиду того, что уровень жидкости в НКТ будет выше, чем скважине, происходит ее перетек через насадки 24 и боковые отверстия 41 в скважину, тем самым обеспечивается высокая скорость подъема НКТ с перфоратором без перелива жидкости при отвороте очередной трубы.

Эффективность применения предлагаемого гидравлического перфоратора заключается в высокой надежности центрирования и фиксирования секции с насадками относительно обсадной колонны при одновременном гашении продольных вибраций НКТ, что создает предпосылки для ускоренного образования точечного перфорационного канала и повышения долговечности перфоратора. Также улучшаются условия работы операторов при подъеме НКТ с перфоратором и ускоряются технологические операции.

Формула изобретения

Гидравлический перфоратор, включающий корпус в виде секций, одна из которых имеет насадки, дифференциальную втулку с седлом под бросовый шар, помещенную в корпусе и образующую с последним кольцевую полость, гидравлически связанную с внешним пространством, отличающийся тем, что он снабжен патрубком с муфтой в верхней части и полумуфтой в нижней части, помещенным в верхней части корпуса с возможностью осевого перемещения, и двухступенчатой подпружиненной относительно корпуса втулкой, помещенной в последнем между патрубком и насадками и образующей с ним дополнительную кольцевую полость, которая заполнена маслом, а дифференциальная втулка выполнена с конической поверхностью в нижней части и возвратной пружиной и помещена в нижней секции, при этом корпус выполнен против дифференциальной втулки с радиальными отверстиями и установленными в них подпружиненными плашками с полусферическими поверхностями, взаимодействующими с конической поверхностью дифференциальной втулки, против двухступенчатой втулки с выдвижными штоками в виде поршней, надпоршневое пространство которых гидравлически связано с дополнительной кольцевой полостью, а под двухступенчатой втулкой корпус выполнен с боковыми отверстиями с возможностью их перекрытия при осевом перемещении двухступенчатой втулки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3