Гидромеханический щелевой перфоратор
Изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин. Обеспечивает возможность формирования перфоратором одновременно двух продольных щелей в эксплуатационной колонне без заклинивания режущего инструмента и его поломки. Перфоратор содержит корпус. В корпусе размещены поршень-толкатель, клин и два рычага. Поршень-толкатель выполнен с центральным и двумя боковыми гидроканалами, оборудованными гидромониторными насадками. С одной стороны каждого из рычагов закреплены режущие инструменты, подпружиненные с противоположной стороны в направлении друг от друга и установленные с возможностью скольжения по сторонам клина и выдвижения режущих инструментов в противоположные стороны. Перфоратор снабжен двумя направляющими сухарями. Каждый из которых установлен на соответствующем рычаге с помощью дополнительной оси с возможностью выдвигания при вдвинутом положении режущих инструментов в пазы, сформированные в эксплуатационной колонне режущими инструментами до полного прорезания щелей в эксплуатационной колонне. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин, а именно к устройству для создания перфорационных щелей в обсадных (эксплуатационных) колоннах и намыва каверн.
Из уровня техники известны устройства для щелевой перфорации обсадных колонн, основанные на использовании режущего инструмента в виде резцов. Такое устройство раскрыто, например, в RU 2070279, МПК 7 Е21В 43/114, 08.09.94 г., включающее трубчатый корпус с размещенным в нем гидроцилиндром с возможностью возвратно-поступательного перемещения, поршень гидроцилиндра, соединенный с клиновым толкателем, резцедержатель с перфорационными резцами, клиновый толкатель и возвратную пружину.
Недостатки этого устройства состоят в следующем:
во-первых, устройство сложно по конструкции; во-вторых, его нельзя применять в обсадных колоннах малого диаметра, так как в силу своих конструктивных особенностей при изготовлении его в уменьшенном виде длина выхода резцов меньше толщины перфорируемой трубы и цементного камня за колонной, кроме того, оно не развивает усилий, достаточных для прорезки перфорационных каналов.
Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства можно считать гидромеханический скважинный перфоратор по патенту RU 2247226, МПК7 Е04В 43/112, 27.02.2005. Перфоратор содержит корпус, размещенный в нем поршень-толкатель, оснащенный двойным клином, с центральным и боковыми гидроканалами, оборудованными гидромониторными насадками, два выдвижных режущих диска, установленных на осях, при этом каждая из осей режущих дисков установлена на конце соответствующего коромысла, шарнирно-связанного с корпусом и установленного с возможностью скольжения по сторонам двойного клина поршня-толкателя и выдвижения режущих дисков в противоположные стороны, при этом свободные концы коромысел подпружинены в направлении друг к другу.
Составные детали устройства просты в изготовлении и легко заменяемы. Однако при формировании щелей в эксплуатационной колонне режущим узлом данного устройства присутствует риск его заклинивания, т.к. врезание режущего инструмента в одну из сторон стенки колонны происходит глубже, чем необходимо вследствие отсутствия ограничения. Кроме того, вероятность прорезать одну щель в обсадной колонне раньше другой приводит к прижиму всего устройства к прорезанной стороне и исключает возможность сформировать диаметрально расположенную щель. Кроме того, при гидромониторной обработке цементного камня и горной породы за колонной и намыве каверны энергия струи жидкости через незначительное расстояние снижается, т.к. присутствует эффект затопленной струи, что не позволяет обработать призабойную зону пласта достаточно глубоко и эффективно.
Задачей изобретения является улучшение механических свойств перфоратора. Технический результат, который обеспечивает предложенное изобретение, заключается в обеспечении возможности формирования перфоратором одновременно двух продольных щелей в эксплуатационной колонне без заклинивания режущего инструмента и его поломки.
Данный технический результат достигается за счет того, что гидромеханический щелевой перфоратор, содержащий корпус, размещенные в нем поршень-толкатель, выполненный с центральным и двумя боковыми гидроканалами, оборудованными гидромониторными насадками, клин и два рычага с закрепленными с одной стороны каждого из них режущими инструментами, подпружиненные с противоположной стороны в направлении друг от друга и установленные с возможностью скольжения по сторонам клина и выдвижения режущих инструментов в противоположные стороны, снабжен двумя направляющими сухарями, каждый из которых установлен на одном рычаге с помощью дополнительной оси с возможностью выдвигания при вдвинутом положении режущих инструментов в пазы, сформированные в эксплуатационной колонне режущими инструментами, до полного прорезания щелей в эксплуатационной колонне для обеспечения возможности симметричного расположения и фиксации перфоратора относительно обрабатываемой поверхности в процессе перфорации, при этом режущие инструменты выполнены в виде резцов. В соответствии с первой модификацией, клин закреплен на конце поршня - толкателя, а рычаги шарнирно связаны осями с корпусом. В соответствии со второй модификацией, клин закреплен на корпусе, а рычаги шарнирно связаны осями с поршнем - толкателем. Каждый рычаг имеет поверхность, выполненную с возможностью его упора в корпус для ограничения смещения корпуса перфоратора от оси колонны. Гидромониторные насадки перфоратора выполнены с внутренней поверхностью, обеспечивающей закручивание выходящей из нее жидкости.
На фиг.1 представлена первая модификация предлагаемого устройства в исходном положении, а на фиг.2 - то же, в рабочем положении.
На фиг.3 представлена вторая модификация предлагаемого устройства в рабочем положении.
В соответствии с первой модификацией, перфоратор содержит установленные в корпусе 1 рычаги 2, шарнирно-закрепленные на нем с помощью осей 3. Клин 4 выполнен на нижнем конце поршня - толкателя 5. При поступательном движении поршня - толкателя 5 вдоль оси перфоратора он вклинивается между рычагами 2, раздвигая их в разные стороны. Резцы 6 закреплены на одном конце рычагов 2, а на другом конце выполнены гнезда 8 для пружины 9, там же на осях 10 смонтированы направляющие сухари 11. Поршень-толкатель 5 имеет центральный промывочный канал 12 и боковые каналы 19 с гидромониторными насадками 18. Кроме того, на фиг.1 и 2 показана обрабатываемая эксплуатационная колонна 20.
В соответствии со второй модификацией (фиг.3), рычаги 2 шарнирно крепятся осями 3 к поршню - толкателю 5, а клин 4 закреплен в корпусе 1.
В устройствах используются гидромониторные насадки с закручивающим эффектом выхода струи рабочей жидкости (тот же эффект присутствует при выходе пули из нарезного оружия).
Устройство работает следующим образом.
На колонне НКТ перфоратор опускают в скважину к месту перфорации. Установив устройство в скважине, проводят прямую промывку полости труб НКТ от окалин. Затем в полость труб опускают шарик 15, который, проходя через подвеску НКТ, циркуляционный клапан и полый шток - поршень (на чертеже не показано), перекрывает центральный промывочный канал 12 поршня - толкателя 5, после чего в НКТ создается рабочее давление.
В соответствии с первой модификацией выполнения устройства, при создании рабочего давления в полости труб жидкость воздействует на поршень-толкатель 5 с клином 4, перемещая его поступательно вдоль оси прибора, поршень-толкатель 5 вклинивается между рычагами 2 и разводит их на осях 3 в противоположные стороны до контакта резцов 6, закрепленных на рычагах 2, с внутренней поверхностью эксплуатационной колонны 20. Затем производят подъем перфоратора до верхнего интервала перфорации. Резцы 6 врезаются в колонну на заданную глубину, ограниченную высотой резцов, выставленных из рычагов 2. После формирования резцами пазов в колонне давление жидкости в НКТ сбрасывают, и поршень - толкатель 5 с клином 4 втягивается пружиной возврата, находящейся в корпусе перфоратора, в исходное положение, также в первоначальное положение возвращаются рычаги 2 под действием пружины 9, т.е. резцы выходят из контакта с колонной 20, а направляющие сухари 11 остаются в пазах, не давая перфоратору изменить необходимое положение. Затем перфоратор вновь опускают до нижнего интервала, и цикл повторяют. Циклы повторяют до полного прорезания щелей в эксплуатационной колонне. Поверхности А рычагов 2 служат упором ограничения смещения корпуса перфоратора от оси колонны 20 при неодновременной прорезке щелей.
Работа устройства в соответствии со второй модификацией происходит аналогично, за исключением того, что выдвижение рычагов 2 с резцами 6 происходит за счет взаимодействия их с клином 4, закрепленным в корпусе 1.
Таким образом, в устройстве по первой модификации рычаги закреплены шарнирно на корпусе и не совершают поступательного движения вместе с поршнем - толкателем, а лишь поворачиваются на осях, а согласно второй - рычаги закреплены шарнирно на поршне - толкателе и перемещаются вместе с ним вдоль оси прибора.
Формирование щелей производится при перемещении перфоратора вверх на длину щели двумя резцами, закрепленными на рычагах. После образования щелей в эксплуатационной колонне давление в полости труб поднимают еще выше и реализуется гидромониторный эффект струй. Две струи жидкости, выходя через предлагаемые гидромониторные насадки 18 и закручиваясь, разрушают цементный камень и горную породу за ним. После намыва каверн давление в трубах сбрасывается до атмосферного.
Технико-экономические преимущества предложенного перфоратора заключаются в следующем
1. За счет выполнения режущего узла со съемными резцами, которые могут крепиться любым способом, сокращается время на их замену, которая производится через пазы перфоратора, исключая разборку всего устройства.
2. Выборка пазов резцами при формировании щелей в эксплуатационной колонне происходит на заданную глубину за счет возможности варьировать высоту режущей поверхности резцов из рычагов, что исключает риск заклинивания перфоратора во время работы.
3. За счет использования гидромониторных насадок с эффектом закручивания струи жидкости призабойная зона пласта обрабатывается наиболее эффективно.
4. Гидромониторная обработка породы осуществляется сразу после формирования щелей, не требуя дополнительной спускоподъемной операции, что экономит время.
1. Гидромеханический щелевой перфоратор, содержащий корпус, размещенные в нем поршень-толкатель, выполненный с центральным и двумя боковыми гидроканалами, оборудованными гидромониторными насадками, клин и два рычага с закрепленными с одной стороны каждого из них режущими инструментами, подпружиненные с противоположной стороны в направлении друг от друга и установленные с возможностью скольжения по сторонам клина и выдвижения режущих инструментов в противоположные стороны, отличающийся тем, что он снабжен двумя направляющими сухарями, каждый из которых установлен на соответствующем рычаге с помощью дополнительной оси с возможностью выдвигания при вдвинутом положении режущих инструментов в пазы, сформированные в эксплуатационной колонне режущими инструментами до полного прорезания щелей в эксплуатационной колонне.
2. Перфоратор по п.1, отличающийся тем, что режущие инструменты выполнены в виде резцов.
3. Перфоратор по п.1, отличающийся тем, что клин закреплен на конце поршня-толкателя, а рычаги шарнирно связаны осями с корпусом.
4. Перфоратор по п.1, отличающийся тем, что клин закреплен на корпусе, а рычаги шарнирно связаны осями с поршнем-толкателем.
5. Перфоратор по п.1, отличающийся тем, что каждый рычаг имеет поверхность, выполненную с возможностью его упора в корпус для ограничения смещения корпуса от оси колонны.
6. Перфоратор по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что гидромониторные насадки выполнены с внутренней поверхностью, обеспечивающей закручивание выходящей из нее жидкости.
