Гидромеханический перфоратор

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к области вторичного вскрытия созданием перфорационных каналов в эксплуатационной колонне. Гидромеханический перфоратор содержит гидропривод, состоящий из по меньшей мере двух цилиндров с поршнями, верхний из которых соединен с колонной технологических труб, а к нижнему присоединен клин, по которому перемещаются с помощью выходного штока гидропривода и толкателя с пазами каретки с ножами. Толкатель соединен с выходным штоком гидропривода боковыми тягами, размещенными с двух сторон клина, а поршни снабжены возвратными пружинами, размещенными в каждом из цилиндров. Все пружины предварительно сжаты. Обеспечивается увеличение глубины проникновения ножей в стенку эксплуатационной колонны и цемент, а также повышение надежности извлечения перфоратора из скважины, износостойкости и срока службы ножей. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к области вторичного вскрытия созданием перфорационных каналов в эксплуатационной колонне (ЭК).

Известен гидромеханический перфоратор (ГП), содержащий гидропривод, клин, каретки с ножами, возвратную пружину (патент RU №2098607 МПК Е21В 43/114, опубл. 10.12.1997 в бюл. №34).

Его недостатками являются сложность конструкции и ненадежность, так как он содержит сложную систему гидропривода с клином, установленным на свободно плавающем поршне, не связанном с колонной технологических труб, что может приводить к осложнениям с извлечением, так как при застревании ножа в проколотом отверстии созданное сверху натяжение технологических труб не создаст усилия перемещения клина относительно корпуса.

Наиболее близким по своей технической сути к предлагаемому является гидромеханический перфоратор (патент RU №2487990 МПК Е21В 43/114, опубл. 20.07.2013 в бюл. №20), содержащий гидропривод, соединенный с колонной технологических труб с клином на нижнем конце, причем выходной шток гидропривода соединен с толкателем, взаимодействующим с каретками, на которых установлены ножи, а один из поршней гидропривода снабжен возвратной пружиной.

Недостатками этого перфоратора являются малая глубина прокалывания отверстия из-за того, что в транспортном положении острия ножей не должны выходить за габариты ГП, а выходной шток ограничивает смыкание кареток и соответственно высоту ножей, а также недостаточность усилия одной пружины для возврата перфоратора в исходное положение, так как необходимо преодолеть трение поршней и штоков, а также возможные перепады давления в гидроприводе, например, из-за низкого уровня жидкости в скважине и разности плотностей рабочей и скважинной жидкостей. Кроме того, острие ножей быстро изнашивается из-за больших усилий и трения его об ЭК.

Техническими задачами, решаемыми предлагаемым гидромеханическим перфоратором, являются увеличение глубины проникновения ножей в стенку эксплуатационной колонны и цемент, а также повышение надежности извлечения перфоратора из скважины и износостойкости и срока службы ножей.

Технические задачи решаются гидромеханическим перфоратором, содержащим гидропривод, состоящий из по меньшей мере двух цилиндров с поршнями, верхний из которых соединен с колонной технологических труб, а к нижнему присоединен клин, по которому перемещаются с помощью выходного штока гидропривода и толкателя с пазами каретки с ножами.

Новым является то, что толкатель соединен с выходным штоком гидропривода боковыми тягами, размещенными с двух сторон клина, а поршни снабжены возвратными пружинами, размещенными в каждом из цилиндров, причем все пружины предварительно сжаты.

Новым является также то, что боковые тяги выполнены в виде штоков с резьбовыми соединениями.

Новым является также то, что боковые тяги выполнены в виде боковых накладок, соединяемых с выходным штоком.

Новым является также то, что ножи выполнены с твердосплавными вставками, размещенными на их острие.

На фиг. 1 показан гидромеханический перфоратор с боковыми тягами в виде штоков, а на фиг. 2 - вид Б фиг. 1. На фиг. 3 - поперечный разрез А-А фиг. 1.

На фиг. 4 показан гидромеханический перфоратор с тягами в виде боковых накладок, на фиг. 5 - вид Д фиг. 1, на фиг. 6 - поперечный разрез В-В фиг. 4, а на фиг. 7 - нож с твердосплавной вставкой.

Гидромеханический перфоратор (ГП) (фиг. 1, 2, 3) содержит гидропривод 1, состоящий, например, из двух соединенных между собой цилиндров 2 с отверстием 3 в верхней части, внутри которых размещены столько же поршней 4 с полыми штоками 5 и отверстиями 6 ниже поршней 4, сообщающими полость 7 полых штоков 5 с подпоршневым пространством 8.

К нижнему поршню 4 присоединен выходной шток 9 с утолщением 10, к которому присоединены на резьбе 11 две боковые тяги, выполненные в виде цилиндрических штоков 12. Другим концом цилиндрические штоки 12 присоединены к толкателю 13 с пазом 14 и прямоугольным отверстием 15. В каждом цилиндре 2 установлены предварительно сжатые пружины 16.

К нижнему цилиндру 2 присоединен (см. фиг. 2 и 3) клин 17 с буртом 18, по которому перемещаются каретки 19 с ножами 20. Нижние торцы кареток 19 взаимодействуют с пазом 14 толкателя 13 (фиг. 1).

К верхнему цилиндру 2 через головку 21 присоединена колонна технологических труб 22.

На фиг. 4, 5, 6 боковые тяги выполнены в виде двух боковых накладок 23, соединенных с выходным штоком 9 цилиндрическим пазом 24 с помощью утолщения 10, а между собой - болтом 25 и резьбовой втулкой 26. На внутренней поверхности накладок 23 выполнены пазы 27 для поперечного перемещения кареток 19.

На фиг. 7 показана в увеличенном виде каретка 19 с ножом 20, на острие которого установлена, например, пайкой, твердосплавная вставка 28.

Работает ГП следующим образом. После спуска его в заданный интервал скважины (на фигурах не показана) на колонне технологических труб 22 (фиг. 1, 2, 3), присоединенных к головке 21 ГП, в трубы 22 подают жидкость под давлением, которая через полость 7 штоков 5 и отверстия 6 поступает в подпоршневое пространство 8. Под действием давления жидкости поршни 4 двигаются вверх, преодолевая усилие всех предварительно сжатых пружин 16 и перемещая выходной шток 9, который через утолщение 10 и цилиндрические штоки 12 с резьбовым соединением 11 перемещает толкатель 13, который перемещает через паз 14 каретки 19 с ножами 20 по клину 17 с буртом 18.

Двигаясь по клину 17, каретки 19 раздвигаются радиально, перемещаясь в пазах 14, доходят до упора ножами 20 в стенку ЭК (на фигурах не показана), прокалывают ее и продолжают углубляться до упора во внутреннюю поверхность ЭК наружной поверхностью кареток 19.

После снижения давления в технологических трубах 22 поршни 4 со штоками 5, выходным штоком 9, цилиндрическими штоками 12 и каретками 19 под действием их веса и пружин 16 перемещаются вниз, ножи 20 выходят из проделанных отверстий и каретки 19, перемещаясь по клину 17, за счет буртов 18 занимают нижнее транспортное положение. Предварительно сжатые пружины 16 обеспечивают возврат кареток 19 в крайнее нижнее положение.

ГП готов к подъему или повторению операции.

После этого ГП либо поднимают из скважины, либо перемещают в другой интервал скважины и повторяют операцию.

ГП, у которого боковые тяги выполнены в виде боковых накладок 23 (фиг. 4, 5, 6), работает точно так же, при этом усилие гидропривода от выходного штока 9 передается через утолщение 10 и цилиндрический паз 24 на накладку 23, а роль толкателя 13 выполняет паз 27, по которому каретки 19 перемещаются радиально.

Выполнение ножей 20 с твердосплавной вставкой 28 (фиг. 7) снижает их износ и позволяет увеличить количество отверстий, выполняемых за один спуск ГП в скважину, без подъема перфоратора и замены ножей 20.

Количество цилиндров зависит от усилия прокалывания, которое в свою очередь зависит от толщины стенки и материала ЭК. Так как диаметр цилиндров и поршней ограничен размерами ЭК, то необходимое усилие добирают увеличением количества цилиндров и поршней, усилия которых складываются на выходной шток 9.

Таким образом, применение боковых тяг в виде штоков 12 или в виде боковых накладок 23 для перемещения кареток 19 с ножами 20 вместо выходного штока 10 позволяет сблизить каретки 19 в транспортном положении до соприкосновения, т.е. на величину радиуса выходного штока 9. На эту же величину можно увеличить высоту ножей 20 и, соответственно, глубину перфорационного канала.

Боковые тяги 12, выполненные в виде цилиндрических штоков 12, имеют ограниченное сечение из-за сложности размещения их с большим диаметром, поэтому ГП с ними ограничен по толщине прокалываемой стенки, из-за ограниченности допустимых нагрузок требует применения высокопрочных сталей, а боковые тяги в виде боковых накладок 23 имеют большое поперечное сечение, что снимает все эти ограничения. Кроме того, их применение упрощает сборку и разборку ГП: приложив с двух сторон клина 17 боковые накладки 23, стягивают их болтом 25 и наворачивают на нижний конец резьбовую втулку 26.

Размещение предварительно сжатых пружин 16 в каждом цилиндре 2, количество которых, особенно в ГП для скважин малого диаметра, может быть 3-5, да еще с предварительным натягом, гарантируют возвращение кареток 19 в транспортное положение даже в горизонтальных скважинах, где вес поршней 4 и полых штоков 5 не участвует в этом процессе.

В настоящее время расширяется применение скважин малого диаметра, в т.ч. и с горизонтальными стволами. Поскольку толщина стенки там практически такая же, как и в традиционных, то усилие для прокалывания остается таким же, как в традиционных скважинах, а так как площадь сечения поршней 4 меньше, увеличивается их количество. Пружины 16 должны вернуть поршень 4 и каретки 19 в транспортное положение, т.е. пружины 16 и их натяг должны как минимум обеспечить преодоление сил трения до самого транспортного положения.

Таким образом, предложенный ГП увеличивает глубину прокалываемого отверстия, обеспечивает многократное прокалывание, повышает надежность извлечения его из скважины.

1. Гидромеханический перфоратор, содержащий гидропривод, состоящий из по меньшей мере двух цилиндров с поршнями, верхний из которых соединен с колонной технологических труб, а к нижнему присоединен клин, по которому перемещаются с помощью выходного штока гидропривода и толкателя с пазами каретки с ножами, отличающийся тем, что толкатель соединен с выходным штоком гидропривода боковыми тягами, размещенными с двух сторон клина, а поршни снабжены возвратными пружинами, размещенными в каждом из цилиндров, причем все пружины предварительно сжаты.

2. Гидромеханический перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что боковые тяги выполнены в виде штоков с резьбовыми соединениями.

3. Гидромеханический перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что боковые тяги выполнены в виде боковых накладок, соединяемых с выходным штоком.

4. Гидромеханический перфоратор по любому из пп. 1–3, отличающийся тем, что ножи выполнены с твердосплавными вставками, размещенными на их острие.