Устройство для щелевой перфорации обсаженных скважин

 

Изобретение относится к области нефтегазодобычи, а именно к устройствам вторичного вскрытия скважин. Задачей изобретения является создание простого по конструкции, удобного в обслуживании и надежного в работе устройства для перфорации скважин. Устройство содержит корпус, гидроцилиндр, подпружиненный полый шток с поршнем, накатный ролик, гидромониторную насадку и опорные ролики. На основании открытого паза корпуса смонтирована опорная пластина, с которой контактирует клин, выполненный в виде вилкообразного ползуна. С двух сторон клин охватывают боковые пластины с пазами. Накатный ролик шарнирно смонтирован на рычаге посредством оси, установленной на корпусе. Такое размещение накатного ролика обеспечивает его контакт со стенкой обсадной трубы, отодвигая устройство в противоположную сторону до касания стенки обсадной трубы опорными роликами и вдавливания накатного ролика в стенку обсадной колонны. Внутри полой оси накатного ролика размещены подпружиненные выдвижные пальцы, входящие в пазы боковых пластин. 2 ил.

Изобретение относится к области нефтегазодобычи, а именно к технике для вторичного вскрытия пластов в нефтяных и газовых скважинах.

Известен механический перфоратор для создания щелей в эксплуатационной колонне [1], включающий корпус, поршни с пружинами, обойму выдвижную, несущую режущий ролик.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного перфоратора, относится то, что в известном перфораторе невысокая надежность выдвижения его режущих роликов.

Известно устройство для создания перфорационных каналов [2], включающее корпус, подпружиненный шток, оборудованный клином, который контактирует с обоймами, несущими на осях режущие ролики.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве ограничен ход режущих роликов, поэтому в цементном кольце скважины щелевой канал не образуется, а возникают лишь трещины при движении роликов по поверхности цементного камня, контактирующего с обсадной колонной.

Известен гидромеханический перфоратор [3], включающий корпус, подпружиненный полый шток, обойму, режущий ролик.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного гидромеханического перфоратора, относится то, что в известном гидромеханическом перфораторе сложная конструкция и ускоренный износ щек обоймы. Для замены изношенных и поломанных деталей требуется полная разборка устройства.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для щелевой перфорации обсадной колонны, включающее корпус, гидроцилиндр, подпружиненный полый шток с поршнем, гидромониторную насадку, кулису (рычаг), накатный ролик, опорные ролики (см. патент РФ N 2039220 от 09.07.95).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве кулиса (рычаг), несущая накатный ролик, присоединена непосредственно к подпружиненной консоли (к подпружиненному полому штоку) с помощью оси, несущей в процессе работы многотонную нагрузку.

Из-за ограниченности диаметральных размеров обсаженных скважин (соответственно и устройства) увеличить диаметр оси до размеров, обеспечивающих достаточную прочность, не представляется возможным.

Замена оси возможна только в условиях соответствия оснащенной базы, т.к. для этого требуется полная разборка устройства.

Ось, на которой смонтированы кулиса (рычаг) и накатный ролик, взаимодействует с щеками пазов сложной конструкции зеркально изображенных пластин корпуса при линейном контакте.

При такой совокупности признаков в процессе расхаживания компоновки под давлением с устройством происходит ускоренный износ и разрушение оси и щек пластин.

Для замены изношенных и поломанных деталей требуется полная разборка устройства.

Все это значительно снижает надежность в работе и осложняет обслуживание устройства.

Технической задачей изобретения является создание простого по конструкции, удобного в обслуживании и надежного в работе устройства для перфорации скважин.

Поставленная задача решается устройством для щелевой перфорации обсаженных скважин, содержащем корпус, гидроцилиндр, подпружиненный полый шток с поршнем, накатный ролик, гидромониторную насадку, опорные ролики.

Отличает данное изобретение от известного решения то, что устройство содержит клин, выполненный в виде вилкообразного ползуна, контактирующего с опорной пластиной, смонтированной на основании открытого паза корпуса, боковые пластины с пазами, охватывающие клин с двух сторон, и рычаг, на котором шарнирно смонтирован посредством оси, установленной на корпусе, накатный ролик для обеспечения его контакта со стенкой обсадной трубы, отодвигая устройство в противоположную сторону до касания стенки обсадной трубы опорными роликами и вдавливания накатного ролика в стенку обсадной колонны, при этом внутри полой оси накатного ролика размещены подпружиненные выдвижные пальцы, входящие в пазы боковых пластин.

Снабжение клином, выполненным в виде вилкообразного ползуна, контактируемого с опорной пластиной, смонтированной на основании открытого паза корпуса, позволяет за счет увеличения опорных поверхностей повысить прочность деталей основного тяжелонагруженного узла, что способствует повышению надежности устройства при эксплуатации.

Боковые пластины с пазами, охватывающие клин с двух сторон, и рычаг, на котором шарнирно смонтирован посредством оси, установленной на корпусе, накатный ролик для обеспечения его контакта со стенкой обсадной трубы, отодвигая устройство в противоположную сторону до касания стенки обсадной трубы опорными роликами и вдавливания накатного ролика в стенку обсадной колонны, позволяют обеспечить кинематическую связь между полым штоком, оснащенным клином и осью накатного ролика таким образом, что нагрузка при работе передается через трение качения между контактирующими осью накатного ролика и отшлифованной поверхностью быстросъемной пластины клина, а щеки пазов боковых пластин вообще не воспринимают нагрузок и, следовательно, не происходит ускоренный износ и разрушение оси и щек пластин (что происходит в принятом прототипе).

Размещенные внутри полой оси подпружиненные выдвижные пальцы, входящие в пазы боковых пластин, позволяют возвратить в исходное положение накатный ролик при снятии давления, а также позволяют произвести быструю разборку накатного ролика и боковых пластин. Тем самым достигается упрощение обслуживания устройства.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных ниже в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство в исходном положении, на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1.

Устройство состоит из корпуса 1 с гидроцилиндром 2, внутри которых размещены подпружиненные поршень 3 с полым штоком 4. К нижнему концу полого штока 4 жестко присоединен клин, выполненный в виде вилкообразного ползуна 5, имеющего свободу осевого перемещения по открытому пазу Б, отфрезерованному в корпусе 1. На рабочие плоскости клина установлены быстросъемные пластины 6. В нижней части открытого паза Б корпуса 1 на оси 7 шарнирно размещен рычаг 8, на свободном конце которого между щек 9 внутри полой оси 10, контактирующей с пластинами 6, установленными на клиновой поверхности вилкообразного ползуна 5, также шарнирно размещен накатный ролик 11, удерживаемый от выпадания двумя подпружиненными выдвижными пальцами 12, размещенными внутри и выступающими за пределы полой оси 10. Клин, выполненный в виде вилкообразного ползуна 5, оснащен двумя легкосъемными боковыми пластинами 13, в которых параллельно профилю клиновой поверхности вилкообразного ползуна 5 выполнены пазы 14. Подпружиненные выдвижные пальцы 12 с зазором размещены в пазах 14 боковых пластин 13. На основании открытого паза Б корпуса 1 смонтирована опорная легкосъемная пластина 15, контактирующая с вилкообразным ползуном 5.

В пазах, выполненных в корпусе 1 с противоположной стороны от накатного ролика 11, размещены попарно сверху и снизу опорные ролики 16, свободно сидящие на осях 17.

На оси симметрии вилкообразного ползуна 5 выполнено отверстие 18, связывающее внутреннюю полость полого штока 4 через гидравлические каналы 19 с затрубным пространством скважины. В отверстие 18 ввернута гидромониторная насадка 20. В корпусе 1 на уровне полой оси в исходном положении выполнены резьбовые отверстия, в которые ввернуты технологические заглушки 21.

При работе устройство соединяют с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ).

Устройство работает следующим образом.

Установив устройство против интервала перфорации создают внутри колонны рабочее давление, одновременно расхаживают компоновку. При этом поршень 3 с полым штоком 4 толкает вилкообразный ползун 5, по клиновой поверхности которого перекатывается полая ось 10 вместе с накатным роликом 11. Рычаг 8 вместе с осью 10 и накатным роликом 11 поворачивается относительно оси 7 до контакта накатного ролика 11 со стенкой обсадной трубы и, как только давление в системе несколько повысится, отодвигает устройство в противоположную сторону до касания опорными роликами 16 стенки обсадной трубы.

При последующем увеличении давления и расхаживании компоновки в пределах заданного интервала перфорации накатный ролик 11 вдавливается в стенку обсадной колонны.

Когда накатный ролик выйдет за пределы обсадной колонны в НКТ, создается повышенное давление и реализуется гидромониторный эффект струи жидкости, вытекающей из насадки 20 с большой скоростью, которая, размывая цементный камень и горную породу, формирует перфорационный канал.

Для прекращения операции останавливают прокачку рабочей жидкости. При этом давление в системе падает и усилием пружины поршень 3 с полым штоком 4 и вилкообразным ползуном 5 возвращается в исходное положение, выводя из щели накатный ролик 11. Устройство полностью переходит в исходное положение.

После этого устройство поднимают на поверхность. При необходимости, приподняв устройство на заданную высоту, процесс перфорации повторяют.

Успешные промысловые испытания устройства проведены бригадой КРС Ишимбайского участка Уфимского управления буровых работ.

Формула изобретения

Устройство для щелевой перфорации обсаженных скважин, содержащее корпус, гидроцилиндр, подпружиненный полый шток с поршнем, накатный ролик, гидромониторную насадку, опорные ролики, отличающееся тем, что устройство содержит клин, выполненный в виде вилкообразного ползуна, контактирующего с опорной пластиной, смонтированной на основании открытого паза корпуса, боковые пластины с пазами, охватывающие клин с двух сторон, и рычаг, на котором шарнирно смонтирован посредством оси, установленной на корпусе, накатный ролик для обеспечения его контакта со стенкой обсадной трубы, отодвигая устройство в противоположную сторону до касания стенки обсадной трубы опорными роликами и вдавливания накатного ролика в стенку обсадной колонны, при этом внутри полой оси накатного ролика размещены подпружиненные выдвижные пальцы, входящие в пазы боковых пластин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2