Перфоратор для скважины

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к строительству и ремонту скважин, и может быть использовано для создания перфорационных каналов в обсадной колонне труб. Обеспечивает надежную и эффективную работу. Сущность изобретения: перфоратор содержит корпус с камерой, выполненный в виде клина с пазами и соединенный сверху с канатом. Устройство имеет цилиндр с поршнем, расположенные в корпусе так, что подпоршневая полость сообщена с внутренним пространством скважины, а надпоршневая полость - с камерой корпуса, расположенной выше цилиндра. Имеются также опора с радиальными пазами и резцы, установленные с возможностью перемещения в пазы клина и радиальные пазы опоры. Согласно изобретению камера выполнена сборной из верхней и нижней частей, соединенных концентрично с возможностью герметичного осевого перемещения навстречу друг другу. Наружная поверхность нижней части камеры дополнительно оснащена самоуплотняющейся манжетой, пропускающей снизу вверх. Верхняя часть камеры сообщена сверху с внутренним пространством скважины, дополнительно оснащена толкателем с конической поверхностью, прижимающей самоуплотняющуюся манжету к стенкам скважины в рабочем положении. Опора в верхней части снабжена внутренней цилиндрической выборкой под клин и выполнена из расположенных сверху вниз конической, цилиндрической частей и упора. Опора дополнительно оснащена якорным узлом, расположенным на ее цилиндрической части с возможностью осевого перемещения и состоящим из жестких центраторов с направляющим штифтом и подпружиненными внутрь плашками. Плашки выполнены с возможностью взаимодействия с конической частью опоры в рабочем положении. На наружной поверхности цилиндрической части опоры выполнены взаимодействующие с направляющим штифтом проточки. Проточки состоят из осевых короткой и длинной частей, соединенных каналом так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении якорного узла относительно опоры направляющий штифт будет поочередно располагаться в длинной и коротких осевых частях проточки. 3 ил.

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к строительству и ремонту скважин, и может быть использовано для создания перфорационных каналов в обсадной колонне труб.

Известно "Устройство для создания перфорационных щелевых каналов" (см. SU а.с. №1776772, МКИ Е 21 В 43/114, БИ №43 от 23.11.1992 г.), содержащее корпус с продольным каналом и наклонными пазами, цилиндр с поршнем и режущий инструмент в виде резцов, шарнирно связанных с поршнем и установленных в наклонные пазы корпуса с возможностью перемещения, при этом поршень выполнен кольцевым, причем в каждом резце выполнен продольный канал с возможностью гидравлической связи с каналом корпуса в крайнем верхнем положении.

Недостатками устройства являются: ограниченность использования из-за того, что проводить спускоподъемные операции возможно только на насосно-компрессорных трубах (НКТ), высокая металлоемкость и сложное конструктивное исполнение, кроме того, в скважинах малого диаметра требуются высокие давления (свыше 25 МПа) для срабатывания устройства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является "Перфоратор для скважины" (см. патент RU №2188307, МКИ Е 21 В 43/114, БИ №24 от 27.08.2002 г.), содержащий корпус, выполненный в виде клина с пазами, цилиндр с поршнем и режущий инструмент в виде резцов, установленных в пазы с возможностью перемещения, причем корпус вверху соединен с канатом, а цилиндр и поршень размещены в корпусе и установлены так, что подпоршневая часть цилиндра взаимодействует с внутренним пространством скважины, в верхней части цилиндра установлен обратный клапан, а цилиндр заполнен жидкостью и образует камеру высокого давления, при этом над цилиндром расположена камера низкого давления, причем между камерами установлен динамический подпружиненный клапан с внутренним проходным каналом, при этом в рабочем положении динамический клапан перекрывает обратный клапан, к поршню же через шток присоединена опора, в верхней части которой имеются радиальные пазы, в которые вставлены резцы с возможностью перемещения, причем в зависимости от количества перфорируемых участков камера низкого давления выполнена сборной.

Недостатками данного устройства являются:

- низкая надежность в работе, обусловленная наличием нескольких пружинных элементов в конструкции, поломка даже одного из них ведет к выходу из строя перфоратора;

- жесткость пружины подбирается расчетным путем в зависимости от необходимого давления срабатывания, при этом давление срабатывания изменяется в зависимости от глубины, что значительно снижает эффективность работы устройства при перфорировании обсадной колонны на различных глубинах.

Технической задачей изобретения является создание такого устройства, которое бы при сравнительно простом конструктивном исполнении и минимальных затратах на спускоподъемные операции обеспечивало его надежную и при этом эффективную работу в скважинах любого диаметра и во всех интервалах перфорации.

Техническая задача решается перфоратором для скважины, содержащим корпус с камерой, выполненный в виде клина с пазами и соединенным сверху с канатом, цилиндр с поршнем, расположенные в корпусе так, что подпоршневая полость сообщается с внутренним пространством скважины, а надпоршневая полость - с камерой корпуса, расположенной выше цилиндра, опору с радиальными пазами, резцы, установленные с возможностью перемещения в пазы клина, и радиальные пазы опоры.

Новым является то, что камера выполнена сборной из верхней и нижней частей, соединенных концентрично с возможностью герметичного осевого перемещения навстречу друг другу, при этом наружная поверхность нижней части камеры дополнительно оснащена самоуплотняющейся манжетой, пропускающей снизу вверх, а верхняя часть камеры, сообщающаяся сверху с внутренним пространством скважины, дополнительно оснащена толкателем с конической поверхностью, прижимающей самоуплотняющуюся манжету к стенкам скважины в рабочем положении, причем опора в верхней части снабжена внутренней цилиндрической выборкой под клин и выполнена из расположенных сверху вниз конической, цилиндрической частей и упора, при этом опора дополнительно оснащена якорным узлом, расположенным на ее цилиндрической части с возможностью осевого перемещения и состоящим из жестких центраторов с направляющим штифтом и подпружиненными внутрь плашками, выполненными с возможностью взаимодействия с конической частью опоры в рабочем положении, причем на наружной поверхности цилиндрической части опоры выполнены взаимодействующие с направляющим штифтом проточки, состоящие из осевых короткой и длинной частей, соединенных каналом так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении якорного узла относительно опоры направляющий штифт будет поочередно располагаться в длинной и коротких осевых частях проточки.

На фиг.1 схематично представлена верхняя часть предлагаемого устройства. На фиг.2 схематично представлена нижняя часть предлагаемого устройства. На фиг.3 изображены проточки - "а", выполненные на цилиндрической части опоры устройства.

Перфоратор содержит корпус 1 (см фиг.1), выполненный в виде клина 2 с пазами 3 (например, выполненными в виде "ласточкиного хвоста"), цилиндр 4 с поршнем 5, расположенные в корпусе 1 так, что подпоршневая полость 6 сообщается с внутренним пространством 7 скважины 8, а надпоршневая полость 9 - с камерой 10 корпуса 1, расположенной выше цилиндра 4, опору 11 с радиальными пазами 12 (например, выполненными в виде "ласточкиного хвоста"). Опора 11 соединена посредством резцов 13 с корпусом 1, при этом резцы 13 установлены в пазы 3 корпуса 1 и радиальные пазы 12 опоры 11 с возможностью перемещения. Корпус 1 в транспортном положении соединен с цилиндром 4 посредством срезного элемента 14.

Камера 10 корпуса 1 (см. фиг.2) выполнена сборной из нижней 15 и верхней 16 частей, соединенных между собой концентрично с возможностью герметичного осевого перемещения навстречу друг другу, при этом наружная поверхность нижней части 15 камеры 10 корпуса 1 дополнительно оснащена самоуплотняющейся манжетой 17, пропускающей снизу вверх.

Верхняя часть 16 камеры 10 корпуса 1 (см. фиг.1) гидравлически сообщается сверху с внутренним пространством 7 скважины 8 и оснащена толкателем 18 с конической поверхностью 19, прижимающей самоуплотняющуюся манжету 17 к стенкам скважины 8 в рабочем положении. Опора 11 снабжена в верхней части внутренней цилиндрической выборкой 20 и выполнена из расположенных сверху вниз конической части 21, цилиндрической части 22 и упора 23. Опора 11 оснащена якорным узлом 24, расположенным на ее цилиндрической части 22 с возможностью осевого перемещения. Якорный узел 24 состоит из жестких центраторов 25 с направляющим штифтом 26 и подпружиненными внутрь плашками 27, выполненными с возможностью взаимодействия с конической частью 21 опоры 11 в рабочем положении. На наружной поверхности цилиндрической части 22 опоры 11 выполнены взаимодействующие с направляющим штифтом 26 проточки - "а" (см. фиг.3), состоящие из осевых короткой 28 и длинной 29 частей, соединенных каналом 30 так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении якорного узла 24 относительно опоры 11 направляющий штифт 26 будет поочередно располагаться в длинной 28 и короткой 29 осевых частях проточки. Канат 31 (см. фиг.1) соединен с верхней частью 16 камеры 10 корпуса 1. От несанкционированных перетоков жидкости предохраняют уплотнения 32, 33, 34.

Устройство работает следующим образом.

В собранном виде (см. фиг.1 и 2) перфоратор на канате 31 спускают в скважину 8 в требуемый для перфорации интервал. Затем устройство приподнимают примерно на 1 метр и вновь опускают, в результате чего направляющий штифт 26 по каналу 30 перемещается из короткого участка 28 (см. фиг.3), в котором он находился в транспортном положении, в длинный участок 29 проточки - "а", при этом подпружиненные плашки 27 контактируют со стенками скважины 8, а все детали устройства за исключением деталей 25, 26, 27 якорного узла 24 перемещаются относительно него вниз. Коническая часть 21 опоры 11 входит в подпружиненные плашки 27, дожимая их зубчатую часть к внутренней стенке скважины 8, при этом якорный узел 24 фиксируется на внутренней стенке скважины 8 (на фиг.1, 2, 3 не показано).

Устройство продолжают опускать вниз, в результате этого под весом каната 31 и собственным весом толкатель 18, соединенный с верхней частью 16 камеры 10 корпуса 1, разгружается на самоуплотняющуюся манжету 17 и своей конической поверхностью 19 прижимает ее к стенкам скважины 8.

В надпоршневой полости 9 цилиндра 4, гидравлически соединенной с внутренним пространством 7 скважины 8 посредством камеры 10, создается давление, равное давлению столба скважинной жидкости.

Устье герметизируют (на фиг.1, 2, 3 не показано) и внутри скважины 8 создают избыточное давление, которое передается в надпоршневую полость 9 цилиндра 4 и приводит в действие поршень 5, заставляя его двигаться вниз и увлекая с собой корпус 1 с клином 2, при этом срезной элемент 14 разрушается.

В результате этого резцы 13 перемещаются по пазам 3 клина 2 и радиальным пазам 12 опоры 11 до касания стенок скважины 8. Избыточное давление в скважине 8 продолжают повышать и в определенный момент резцы 13 проводят перфорацию стенок скважины 8, при этом нижняя часть клина 2 корпуса 1 входит во внутреннюю цилиндрическую выборку 20 опоры 11.

Затем устройство приподнимают при помощи каната 31 вверх, при этом толкатель 18 выходит из контакта с самоуплотняющейся манжетой 17 и совместно с соединенной с ним верхней частью 16 камеры 10 корпуса 1 поднимается вверх до тех пор, пока не вернется в транспортное положение (см. фиг.1).

При дальнейшем подъеме устройства корпус 1 с клином 2 и поршнем 5 поднимаются вверх, втягивая резцы 13, которые выходят из стенок скважины 8 и перемещаются внутрь по пазам 3 клина 2 и радиальным пазам 12 опоры 11, при этом нижняя часть клина 2 выходит из внутренней цилиндрической выборки 20 опоры 11.

Устройство продолжают поднимать, в результате направляющий штифт 26 по каналу 30 перемещается из длинного участка 28, в котором он находился в рабочем положении, в короткий участок 29 проточки - "а" (см. фиг.3), при этом подпружиненные шлипсы 27 выходят из контакта с конической частью 21 опоры 11 и якорный узел 24 занимает транспортное положение (см. фиг.2).

Далее устройство устанавливают в следующем интервале, который необходимо перфорировать, и цикл повторяется.

Предлагаемое устройство спускается на канате, что позволяет значительно снизить затраты времени на спускоподъемные операции, при этом перфоратор дополнительно оснащен якорным узлом, позволяющим посадить его и перфорировать обсадную колонну труб в любом интервале в необходимом количестве, а толкатель с конической поверхностью позволяет надежно прижать самоуплотняющуюся манжету к стенке скважины в процессе перфорации, разобщив при этом внутреннее пространство скважины, чем повышается надежность и эффективность работы перфоратора, что дополнительно позволит сократить материальные и финансовые затраты.

Перфоратор для скважины, содержащий корпус с камерой, выполненный в виде клина с пазами и соединенный сверху с канатом, цилиндр с поршнем, расположенные в корпусе так, что подпоршневая полость сообщена с внутренним пространством скважины, а надпоршневая полость - с камерой корпуса, расположенной выше цилиндра, опору с радиальными пазами, резцы, установленные с возможностью перемещения в пазы клина и радиальные пазы опоры, отличающийся тем, что камера выполнена сборной из верхней и нижней частей, соединенных концентрично с возможностью герметичного осевого перемещения навстречу друг другу, при этом наружная поверхность нижней части камеры дополнительно оснащена самоуплотняющейся манжетой, пропускающей снизу вверх, а верхняя часть камеры, сообщенная сверху с внутренним пространством скважины, дополнительно оснащена толкателем с конической поверхностью, прижимающей самоуплотняющуюся манжету к стенкам скважины в рабочем положении, причем опора в верхней части снабжена внутренней цилиндрической выборкой под клин и выполнена из расположенных сверху вниз конической, цилиндрической частей и упора, при этом опора дополнительно оснащена якорным узлом, расположенным на ее цилиндрической части с возможностью осевого перемещения и состоящим из жестких центраторов с направляющим штифтом и подпружиненными внутрь плашками, выполненными с возможностью взаимодействия с конической частью опоры в рабочем положении, причем на наружной поверхности цилиндрической части опоры выполнены взаимодействующие с направляющим штифтом проточки, состоящие из осевых короткой и длинной частей, соединенных каналом так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении якорного узла относительно опоры направляющий штифт будет поочередно располагаться в длинной и коротких осевых частях проточки.