Режущий узел гидромеханического щелевого перфоратора

Авторы патента:

 


Владельцы патента RU 2459932:

Пассербай Инк (SC)

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин, в частности к конструкции устройств для вскрытия продуктивных пластов путем гидромеханической щелевой перфорации. Режущий узел, выполненный в корпусе перфоратора, приводимый в действие поршнем или плунжером, включает выдвижные режущие инструменты, размещенные на держателях, один из которых зафиксирован относительно поршня (плунжера), а другой - относительно корпуса перфоратора. Держатели выполнены с возможностью взаимодействия и перемещения относительно друг друга с выдвижением режущих инструментов в противоположные стороны при перемещении поршня (плунжера). Режущий узел дополнительно снабжен механизмом приведения выдвигающихся деталей в транспортное положение и фиксации их в этом положении, включающим по крайней мере один направляющий паз, выполненный в держателе, зафиксированном относительно корпуса, и по крайней мере одну тягу, прикрепленную к держателю, зафиксированному относительно поршня (плунжера) или к поршню (плунжеру), выполненную с возможностью перемещения по пазу и обеспечения тем самым возврата держателя с пазом в транспортное положение при обратном движении поршня (плунжера), и включающим выемку, выполненную в держателе, зафиксированном относительно поршня (плунжера), в форме, близкой рельефу кромки корпуса, с возможностью фиксации этого держателя в корпусе при отсутствии давления на поршень (плунжер) за счет сцепления кромки корпуса с выемкой держателя. Обеспечивает повышение надежности и безопасности перфоратора, улучшение его эксплуатационных характеристик. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин, в частности к конструкции устройств для вскрытия продуктивных пластов путем гидромеханической щелевой перфорации, и может быть использовано при строительстве и ремонте скважин различного назначения.

Из уровня техники известны режущие узлы гидромеханических щелевых перфораторов, включающие режущие инструменты, позволяющие одновременно формировать как минимум две перфорационные щели в эксплуатационной колонне, с механизмом их выдвижения, например, раскрытые в патентах RU 2249678 C2, МПК E21B 43/112, 10.04.2005 г., RU 2371569 C1, МПК E21B 43/112, 27.10.2009 г., RU 86654 U1, МПК E21B 43/112, 10.09.2009 г., RU 2348797 C1, МПК E21B 43/112, 10.03.2009 г. При этом размер режущих инструментов, используемых в указанных конструкциях режущих узлов, приближается к диаметру корпуса перфоратора, что позволяет формировать перфорационные щели значительной глубины.

Недостатком указанных режущих узлов является использование в них механизмов выдвижения режущих инструментов, предполагающих наличие значительного расстояния между режущими инструментами в рабочем положении, обусловливающего значительный перепад высот у формируемых одновременно перфорационных щелей.

Известен режущий узел гидромеханического щелевого перфоратора, раскрытый в патенте на полезную модель RU 100802 U1, МПК E21B 43/112, 27.12.2010 г., устраняющий этот недостаток. Он является наиболее близким к предлагаемому изобретению и принимается за прототип.

Режущий узел гидромеханического щелевого перфоратора по прототипу включает выдвижные режущие диски, установленные на осях верхнего и нижнего держателей, установленных внутри корпуса перфоратора при помощи пальцев, при этом верхний держатель закреплен на плунжере, а нижний держатель закреплен на корпусе, кроме того, держатели выполнены плоскими и расположены в одной плоскости с возможностью отклонения в противоположные стороны при поступательном воздействии плунжера, кроме того, взаимодействующие друг с другом рабочие поверхности держателей выполнены на торцах держателей с округлением, при этом нижний держатель дополнительно снабжен опорной поверхностью с возможностью воздействия на нижнюю пружину через опорную шайбу, при этом нижняя пружина расположена в стакане - натяжителе.

Режущие инструменты устройства по прототипу смонтированы достаточно близко друг к другу на держателях. Выдвигаясь в противоположные стороны при оппозитном движении и взаимодействии держателей, режущие инструменты совершают встречно-радиальное перемещение и, принимая рабочее положение, оказываются приблизительно на одном уровне относительно вертикальной оси перфоратора. Этим обеспечивается вскрытие эксплуатационной колонны с одновременным формированием двух перфорационных щелей с минимальным перепадом высот между ними.

Недостатком режущего узла по прототипу является отсутствие эффективного механизма приведения выдвигающихся деталей в первоначальное (транспортное) положение после окончания перфорации, а также отсутствие средств их удержания, фиксации в этом положении. Так, прототип не предусматривает никакого средства для возвращения нижнего режущего диска в транспортное положение и удержания его в этом положении. Верхний режущий диск, который при снижении рабочего давления поднимается на держателе вместе с поршнем, принимает первоначальное положение под действием силы собственной тяжести. Однако прототип не предусматривает средства, удерживающего верхний режущий диск в корпусе перфоратора при его транспортировке. Учитывая особенности конструкции режущего узла по прототипу, это может привести к самопроизвольному выдвижению режущих дисков из корпуса как при транспортировке перфоратора, так и при опускании его в скважину, а также к невозможности извлечения устройства из скважины после проведения перфорации. Кроме того, самопроизвольное выдвижение режущих дисков из корпуса может привести к их повреждению, а также к травмированию работающего с прибором персонала.

Задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и безопасности перфоратора, улучшение его эксплуатационных характеристик.

Указанный технический результат достигается за счет снабжения известной конструкции режущего узла перфоратора механизмом приведения выдвигающихся деталей в транспортное положение и фиксации их в этом положении.

Режущий узел гидромеханического щелевого перфоратора, выполненный в корпусе перфоратора, приводимый в действие поршнем или плунжером, включает выдвижные режущие инструменты, размещенные на держателях, один из которых зафиксирован относительно поршня (плунжера), а другой - относительно корпуса перфоратора, при этом держатели выполнены с возможностью взаимодействия и перемещения относительно друг друга с выдвижением режущих инструментов в противоположные стороны при перемещении поршня (плунжера). Согласно изобретению режущий узел дополнительно снабжен механизмом приведения выдвигающихся деталей в транспортное положение и фиксации их в этом положении, включающим по крайней мере один направляющий паз, выполненный в держателе, зафиксированном относительно корпуса, и по крайней мере одну тягу, прикрепленную к держателю, зафиксированному относительно поршня (плунжера) или к поршню (плунжеру), выполненную с возможностью перемещения по пазу и обеспечения тем самым возврата держателя с пазом в транспортное положение при обратном движении поршня (плунжера), и включающим выемку, выполненную в держателе, зафиксированном относительно поршня (плунжера), в форме, близкой рельефу кромки корпуса, с возможностью фиксации этого держателя в корпусе при отсутствии давления на поршень (плунжер) за счет сцепления кромки корпуса с выемкой держателя.

Описанная конструкция режущего узла перфоратора за счет наличия паза и тяги позволяет при снижении рабочего давления на поршень (плунжер) приводить в транспортное положение и фиксировать в нем режущий диск, размещенный на держателе, закрепленном относительно корпуса; а за счет наличия специальной выемки в держателе режущего инструмента, закрепленном относительно поршня (плунжера), - позволяет надежно фиксировать внутри корпуса этот режущий инструмент вместе с его держателем. Этим обеспечивается надежная фиксация режущих инструментов в корпусе перфоратора в транспортном положении, что исключает их самопроизвольное выдвижение.

Режущий узел по предлагаемому изобретению может иметь следующие особенности.

Держатели могут иметь форму клин-серег, выполненных с возможностью поворота при взаимодействии их клиновых поверхностей друг с другом. Такая форма позволяет однозначно задать направление для выдвижения держателей, что является необходимым в начале процесса их выдвижения.

Клиновые поверхности клин-серег могут иметь округлую форму. В результате проведения кинематического анализа определено, что данная форма позволяет сохранить практически неизменной величину усилия, направленного на выдвижение держателей из корпуса перфоратора, на любой стадии процесса выдвижения.

Кроме того, округлая форма клиновых поверхностей позволяет клин-серьгам плавно возвратиться в первоначальное положение при снижении интенсивности их взаимодействия, при этом предотвращается заклинивание держателей в рабочем, выдвинутом положении.

В устройстве по предлагаемому изобретению могут быть использованы различные варианты исполнения режущих инструментов.

Режущие инструменты могут быть смонтированы на держателях в виде дисков (фрез), установленных на осях, либо в виде резцов, либо в виде ножей.

Кроме того, режущие инструменты могут быть выполнены непосредственно на держателях, например, в виде их кромки, определенным образом обработанной для придания режущих свойств, например, заточенной или снабженной твердосплавными вставками.

Заявляемое устройство в одном из возможных вариантов его исполнения представлено на чертеже.

Устройство представляет собой режущий узел гидромеханического щелевого перфоратора, выполненный в корпусе 1 перфоратора, приводимый в действие поршнем 2, включающий выдвижные режущие инструменты 3, размещенные на держателях 4, 5, один 4 из которых зафиксирован относительно поршня 2, а другой 5 - относительно корпуса 1 перфоратора. Держатели 4, 5 выполнены с возможностью взаимодействия и перемещения относительно друг друга с выдвижением режущих инструментов 3 в противоположные стороны при перемещении поршня 2. Режущий узел снабжен механизмом приведения выдвигающихся деталей в транспортное положение и фиксации их в этом положении. Этот механизм включает направляющий паз 6, выполненный в держателе 5, зафиксированном относительно корпуса 1, и тягу 7, прикрепленную к поршню 2, выполненную с возможностью перемещения по пазу 6 и обеспечения тем самым возврата держателя 5 с пазом 6 в транспортное положение при обратном движении поршня 2; а также включает выемку 8, выполненную в держателе 4, зафиксированном относительно поршня 2, в форме, близкой рельефу кромки 9 корпуса 1, с возможностью фиксации этого держателя 4 в корпусе 1 при отсутствии давления на поршень 2 за счет сцепления кромки 9 корпуса 1 с выемкой 8 держателя 4.

В представленном на чертеже варианте исполнения устройства держатели 4, 5 представляют собой клин-серьги, выполненные с возможностью поворота при взаимодействии их клиновых поверхностей 10 друг с другом. Клиновые поверхности 10 клин-серег имеют округлую форму. Режущие инструменты 3 смонтированы на держателях 4, 5 в виде дисков, установленных на осях.

Устройство работает следующим образом.

Под воздействием рабочей жидкости поршень 2 движется поступательно вдоль оси перфоратора, приводя в действие механизмы режущего узла. Держатель 4, зафиксированный относительно поршня 2, движется навстречу держателю 5, зафиксированному относительно корпуса 1. При соприкосновении держателей 4, 5 их клиновые поверхности 10 вступают во взаимодействие и перемещаются относительно друг друга. При этом размещенные на держателях 4, 5 режущие инструменты 3 выдвигаются в противоположные стороны, и принимают рабочее положение. Осуществляется щелевая перфорация. По окончании процесса формирования перфорационных щелей и, при необходимости, осуществления через перфоратор других скважинных операций (намыв каверн, гидродинамическое воздействие на пласт, кислотная обработка и т.п.) рабочее давление снижается, поршень 2 совершает обратное движение, приходя в первоначальное положение. Следуя движению поршня 2, прикрепленная к нему тяга 7 начинает обратное движение по пазу 6 держателя 5, зафиксированного относительно корпуса 1 перфоратора, приводит этот держатель 5 вместе с его режущим инструментом 3 в первоначальное (транспортное) положение и удерживает их в этом положении. Следуя движению поршня 2, держатель 4, зафиксированный относительно него, также перемещается в первоначальное положение. Когда он достигает кромки 9 корпуса 1 перфоратора, выемка 8 держателя 4 совпадает с кромкой 9 корпуса 1 перфоратора и происходит их сцепление. Таким образом, держатель 4, приняв транспортное положение, фиксируется в корпусе.

Приведенный в транспортное положение перфоратор может быть извлечен из скважины либо перемещен на новый интервал перфорации для продолжения работы без угрозы самопроизвольного выдвижения режущих инструментов и заклинивания в скважине.

1. Режущий узел гидромеханического щелевого перфоратора, выполненный в корпусе перфоратора, приводимый в действие поршнем или плунжером, включающий выдвижные режущие инструменты, размещенные на держателях, один из которых зафиксирован относительно поршня (плунжера), а другой - относительно корпуса перфоратора, при этом держатели выполнены с возможностью взаимодействия и перемещения относительно друг друга с выдвижением режущих инструментов в противоположные стороны при перемещении поршня (плунжера), отличающийся тем, что он дополнительно снабжен механизмом приведения выдвигающихся деталей в транспортное положение и фиксации их в этом положении, включающим по крайней мере один направляющий паз, выполненный в держателе, зафиксированном относительно корпуса, и по крайней мере одну тягу, прикрепленную к держателю, зафиксированному относительно поршня (плунжера), или к поршню (плунжеру), выполненную с возможностью перемещения по пазу и обеспечения тем самым возврата держателя с пазом в транспортное положение при обратном движении поршня (плунжера), и включающим выемку, выполненную в держателе, зафиксированном относительно поршня (плунжера), в форме, близкой рельефу кромки корпуса, с возможностью фиксации этого держателя в корпусе при отсутствии давления на поршень (плунжер) за счет сцепления кромки корпуса с выемкой держателя.

2. Режущий узел по п.1, отличающийся тем, что держатели представляют собой клин-серьги, выполненные с возможностью поворота при взаимодействии их клиновых поверхностей друг с другом.

3. Режущий узел по п.2, отличающийся тем, что клиновые поверхности клин-серег имеют округлую форму.

4. Режущий узел по пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что режущие инструменты смонтированы на держателях в виде дисков (фрез), установленных на осях, либо в виде резцов, либо в виде ножей.

5. Режущий узел по пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что режущие инструменты выполнены непосредственно на держателях, например, в виде их кромки, определенным образом обработанной для придания режущих свойств, например, заточенной или снабженной твердосплавными вставками.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для перфорации обсадных колонн скважин с целью оптимизации и/или интенсификации притока и добычи флюида. .

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин, а именно к устройству для вторичного вскрытия продуктивных пластов. .

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для вскрытия обсадной колонны скважины с низким пластовым давлением и/или в режиме депрессии.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности при вскрытии пластов в обсаженных скважинах. .

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин. .

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к области бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин для создания перфорационных каналов в обсадной колонне в режиме депрессии.

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации нефтяных, газовых и нагнетательных скважин, а именно к устройству для создания продольных перфорационных щелей в обсадной (эксплуатационной) колонне, цементном камне и горной породе.

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации нефтяных, газовых и нагнетательных скважин, а именно к устройству для создания продольных перфорационных щелей в обсадной (эксплуатационной) колонне, цементном камне и горной породе.

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации нефтяных, газовых и нагнетательных скважин, а именно к устройству для вторичного вскрытия пластов путем создания в эксплуатационных колоннах продольных перфорационных щелей и формирования фильтрационных каналов в призабойной зоне пласта. Перфоратор включает корпус, расположенные в нем поршень-толкатель и режущий узел, установленный с возможностью выдвигания из корпуса при перемещении поршня-толкателя, по меньшей мере, одну гидромониторную насадку и промывочный узел, включающий фильтр, соединенный с корпусом промывочного узла, имеющий рабочие каналы и осевой канал с посадочным гнездом для шара. Рабочие каналы сообщают полость между фильтром и корпусом промывочного узла с надпоршневой полостью корпуса перфоратора. Корпус промывочного узла выполнен с радиальными каналами, соединенными с осевым каналом и сообщенными с затрубным пространством посредством кольцевой проточки на внешней поверхности корпуса промывочного узла и сообщенными с ней радиальными каналами, выполненными в корпусе перфоратора, охватывающем корпус промывочного узла. Обеспечивает повышение качества промывания перфоратора, исключение возможности попадания механических примесей в промывочный канал, а следовательно и в конструкцию перфоратора. 2 ил.

Группа изобретений относится к области бурения и эксплуатации скважин, в частности к конструкции устройств для вскрытия продуктивных пластов путем прокалывающей перфорации. Обеспечивает возможность гидромониторной обработки призабойной зоны пласта сразу после вскрытия, увеличение пробойной силы перфоратора, повышение его надежности, снижение аварийности. Гидромеханический прокалывающий перфоратор содержит корпус, размещенные в корпусе, по меньшей мере, один рабочий гидроцилиндр, по меньшей мере, один клиновой толкатель, по меньшей мере, один рабочий инструмент, снабженный, по меньшей мере, одним сквозным гидроканалом и, по меньшей мере, одним гидромонитором, установленный с возможностью взаимодействия с клиновым толкателем и радиального перемещения. Согласно изобретению рабочий инструмент выполнен в виде пробойника, размещенного на поршне или плунжере, установленном в камере, а камера выполнена с возможностью гидравлического сообщения с рабочим гидроцилиндром. Способ работы перфоратора включает подачу в перфоратор рабочей жидкости по колонне насосно-компрессорных труб, создание рабочего давления для приведения в действие механизма выдвижения рабочего инструмента, выдвижение рабочего инструмента и осуществление перфорации, при этом выдвижение рабочего инструмента производят воздействием давления рабочей жидкости через систему поршень-шток на клиновой толкатель, а клиновым толкателем на инструментальный поршень или плунжер с пробойником, а также воздействием на инструментальный поршень/плунжер рабочей жидкости, подаваемой под давлением через гидроцилиндр перфоратора в рабочую камеру инструментального поршня/плунжера. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 14 ил.

Группа изобретений относится к области бурения и эксплуатации скважин, в частности к конструкции гидромеханических перфораторов для вскрытия продуктивных пластов. Обеспечивает повышение производительности и надежности перфоратора. Гидромеханический перфоратор содержит корпус, размещенный в корпусе рабочий гидроцилиндр, расположенный под рабочим гидроцилиндром рабочий узел с по меньшей мере одним рабочим инструментом, а также механизм передачи усилия от гидроцилиндра на рабочий узел. Согласно изобретению, перфоратор снабжен дополнительным гидроцилиндром и механизмом передачи усилия на рабочий узел, размещенными в корпусе ниже рабочего узла с возможностью создания этим нижним гидроцилиндром дополнительного усилия на рабочий узел, направленного вверх оппозитно усилию, создаваемому гидроцилиндром, расположенным выше рабочего узла, при этом усилие, создаваемое нижним гидроцилиндром, обеспечивается действием на него жидкости, поступающей к нему под давлением, например, через один или несколько гидроканалов, выполненных в корпусе перфоратора, или через гидросистему, выполненную в перфораторе иным образом. Предлагаются варианты изобретения, включающие дополнительные рабочие узлы, а также варианты, обеспечивающие подачу индивидуального усилия на каждый рабочий узел. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для перфорирования труб в нефтяных и газовых скважинах. Гидромеханический перфоратор для труб содержит корпус с силовым поршнем и пробойником, цилиндром с полым плунжером внутри, связанным со штоком, входящим в масляную камеру. Цилиндр снабжен ввертышем и переходником, связанными друг с другом тарированным срезным элементом. Переходник снабжен гильзой с внутренним кольцевым выступом. Полый плунжер снабжен удлинителем, установленным внутри гильзы с образованием телескопического соединения. Осевой канал переходника гидравлически связан отверстиями с осевым каналом цилиндра. Осевой канал полого плунжера связан циркуляционными отверстиями в его теле с перепускными отверстиями цилиндра. Осевой канал удлинителя связан радиальными отверстиями в его теле с кольцевой камерой между гильзой и удлинителем и снабжен седлом с шаровым клапаном, связанным с ним срезным элементом. Гильза снабжена гидравлическими каналами, выполненными с возможностью связи кольцевой камеры с осевым каналом цилиндра. Кольцевая камера под полым плунжером гидравлически связана каналами с затрубным пространством. Корпус снабжен стаканом с ограничительным выступом, а силовой поршень установлен внутри с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с ограничительным выступом в крайнем положении. Обеспечивается свободный спуск устройства в скважину с перетоком пластовой жидкости из затрубного пространства внутрь устройства и осевой канал гибкой колонны труб, возможность прекращения гидравлической связи осевого канала гибкой колонны труб с затрубным пространством при перфорации и возможность возврата силового поршня пробойников в транспортное положение. 3 ил.

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин и может быть использовано для формирования отверстий в эксплуатационных колоннах. Прокалывающий перфоратор содержит размещенные в корпусе с возможностью продольного перемещения поршень со штоком, уплотняющую втулку, возвратную пружину, которая размещена на штоке, пробойник, установленный в корпусе с возможностью перемещения в радиальном направлении. На штоке выполнен по крайней мере один продольный паз, длина которого больше рабочей толщины уплотняющей втулки, а пробойник установлен в уплотняющей манжете. Обеспечивается срабатывание перфоратора при заданной заранее величине давления рабочей жидкости, гарантированная пробивка отверстия в колонне труб без попадания рабочей жидкости в перфорируемую колонну и возврат пробойника в исходное положение. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для вторичного вскрытия пластов путем создания продольных щелей в обсадных (эксплуатационных) колоннах и формирования фильтрационных каналов в призабойной зоне пласта. Перфоратор двухдисковый гидромеханический щелевой содержит полый корпус с поршнем в верхней части корпуса, продольное окно в нижней части корпуса, коромысло с поперечной корпусу осью, размещенное в этом окне, два накатных диска, размещенных на разных концах коромысла, механизм перемещения коромысла с накатными дисками в рабочее положение, выполненный в виде клинового толкателя, две гидромониторные насадки, гидравлически сообщенные посредством каналов с надпоршневыми полостями корпуса, посадочное седло под шар в центральном канале штока, пружину, как часть механизма возвратного перемещения коромысла. Одна из насадок расположена непосредственно над нижним накатным диском и соединена с внутренней полостью штока закрытым каналом, выполненным в корпусе. Клиновой толкатель прикреплен к штоку через упор посредством скобы. Шар, расположенный внутри штока, зафиксирован от выпадения штифтом. На концах корпуса и гидроцилиндра по наружным диаметрам прибора смонтированы съемные вкладыши, обеспечивающие скольжение и центровку прибора в колонне. Обеспечивается повышение надежности и технологичности перфоратора, повышение эффективности и производительности процесса. 1 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к установкам для глубокой ориентированной перфорации. Установка включает устройство для ориентирования и устройство для перфорации. Устройство для ориентирования содержит последовательно смонтированные друг с другом ориентатор, устройство фиксации и отклонитель с переводником, причем ориентатор выполнен со смещенным центром тяжести для ориентирования отклонителя. Устройство для перфорации содержит последовательно соединенные стыковочный узел, прибор для контроля ориентации и сверлящий перфоратор с полым гибким валом и режущим инструментом. Стыковочный узел выполнен с возможностью соединения и взаимодействия с переводником отклонителя. Установка снабжена узлом для транспортировки, закрепленным на геофизическом кабеле с возможностью зацепления и расцепления с переводником отклонителя и перфоратором. Техническим результатом является реализация режима перфорации, обеспечивающего максимальную глубину создаваемого канала, отсутствие отрицательного воздействия на эксплуатационную колонну и цементный камень, необходимую ориентацию перфоратора по азимуту, возможность контроля установки перфоратора в необходимом направлении и упрощение монтажа установки. 3 ил.
Наверх