устройство для создания перфорационных каналов в обсадной колонне

Формула изобретения

Устройство для создания перфорационных каналов в обсадной колонне, содержащее полый корпус с боковыми каналами и цилиндр с башмаками, помещенный снаружи корпуса и образующий с ним гидравлическую камеру, поршень, помещенный в гидравлической камере, конус, связанный с корпусом, резцы и клапан, отличающееся тем, что оно снабжено толкателем, связанным с башмаком и выполненным с возможностью взаимодействия с запорным элементом клапана, и клиньями со сквозными продольными пазами, против которых конус выполнен с глухими пазами, а резцы подпружинены относительно башмака и выполнены с хвостовиками и резцедержателями, соединенными с клиньями с возможностью перемещения относительно друг друга.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к бурению и эксплуатации скважин, в частности, к созданию перфорационных отверстий в обсадных трубах.

Известно устройство [1] содержащее корпус с расположенными в полости, перпендикулярной к оси скважины, режущим инструментом с формообразующей поверхностью, приводимым в действие клином. При этом режущий элемент выполнен в виде симметрично расположенных по отношению к оси скважины накатных роликов с дополнительной поверхностью, сопряженной у основания с формирующей частью накатного ролика.

Недостатками известного устройства являются недостаточная надежность в работе из-за опасности слома осей накатных роликов, а также недостаточная глубина канала, создаваемого накатными роликами.

Известно также устройство для создания перфорационных каналов [2] содержащее полый корпус с боковыми каналами и цилиндр с башмаками, помещенный снаружи корпуса и образующий с ним гидравлическую камеру, поршень, помещенный в гидравлической камере, конус, связанный с корпусом, резцы и клапан.

Известное устройство по технической сущности более близко к предлагаемому и может быть принято в качестве прототипа.

Его недостатком является то, что оно для образования щели в стенке обсадной колонны требует наличия возвратно-поступательного движения резца, что усложняет технологию перфорации и эксплуатацию устройства, кроме того, создание продольных щелей в кольце приводит к ослаблению стенок ее и от высоконапорных давлений со стороны пласта к смятию, создавая тем самым аварийные ситуации в скважине.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков и упрощение технологии процесса перфорирования стенки обсадной колонны.

Поставленная цель достигается описываемым устройством, содержащим полый корпус с боковыми каналами и цилиндр с башмаком, помещенный снаружи корпуса и образующий с ним гидравлическую камеру поршень, помещенный в гидравлической камере, конус, связанный с корпусом, резцы и клапан.

Новым является то, что оно снабжено толкателем, связанным с башмаком и выполненным с возможностью взаимодействия с запорным элементом клапана, и клиньями с выполненными сквозными продольными пазами, против которых конус выполнен с глухими пазами, а резцы подпружинены относительно башмака и выполнены с хвостовиками, которые помещены в пазах клиньев и конуса, и с резцедержателями, соединяющими клинья с конусом и обеспечивающими возможность перемещения первых относительно последнего.

Указанные отличительные признаки, по нашему мнению, соответствуют критерию "существенные отличия изобретения", поскольку на дату подачи заявки из патентной и научно-технической литературы авторам не известны устройства того же назначения и с такими же отличительными признаками, не являющимися идентичными и эквивалентными в сравнении со входными признаками прототипа и аналогов.

На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого устройства, продольный разрез частично; на фиг.2 то же, вид спереди, где показаны подпружиненный резцедержатель, продольный паз клина и соединение последнего с направляющим элементом соединение в виде "ласточкиного хвоста"; на фиг.3 то же, что и на фиг.1, где видно, как режущий элемент врезался в стенку трубы обсадной колонны, прорублено окно необходимого размера и момент взаимодействия штока с запорным элементом клапана; на фиг.4 перфорационное отверстие, получаемое от внедрения резца устройства в тело обсадной колонны, вид спереди части обсадной трубы.

Устройство содержит полый корпус 1 с боковыми каналами 2 (см. фиг.1). Верхний конец корпуса оканчивается присоединительной резьбовой нарезкой 3, а к нижнему концу через поршень 4 присоединен конус 5 с центральным каналом 6, в котором выполнено седло 7 под шар 8, образующие в совокупности клапан. Снаружи корпуса помещен цилиндр 9, имеющий крышку 10, башмак 11 и два выполненных окна 12 одинакового размера. Внутри цилиндра герметично установлен поршень 4. Верхний торец поршня 4 с цилиндром 9 и его крышкой 10, а также телом корпуса 1 образуют гидравлическую камеру 13, сообщенную с полостью корпуса боковыми каналами 2. Конус 5 выполнен двумя наклонными плоскостями, смещенными относительно друг друга на 180^o. Посредине каждой из указанных плоскостей выполнены продольные выступы 14 в сечении напоминающие "ласточкины хвосты", через которые клинья 15 соединены с конусом со своими ответными фигурными пазами. Клинья 15 выполнены одинаковой конструкции, в которых выполнены сквозные прямоугольные продольные пазы 16 (см. фиг.2), против которых конус выполнен с глухими пазами 17. Резцы 18 с помощью осей 19 соединены с резцедержателями 20 и подпружинены пружиной 21 относительно башмака 11 и выполнены с хвостовиками, которые помещены в пазах клиньев и конуса. Резцедержатели соединены с клиньями 15 с возможностью перемещения относительно друг друга. Направляющие 22 клиньев 15 с помощью болтов 23 жестко связаны с башмаком 11. Резцы 18 выполнены в виде пластинки с двумя скосами, расположенными под углом 90^o, в режущей кромке. Для разгерметизации системы насосно-компрессорные трубы 24 (НКТ) и устройство последнее снабжено толкателем 25, связанным с башмаком через центральный канал конуса и выполненным с возможностью взаимодействия с запорным элементом 8 клапана.

Устройство работает следующим образом.

Его спускают в скважину на заданную глубину, присоединив к колонне НКТ 24 (см. фиг.1 и 3) и нагнетанием жидкости насосными агрегатами типа ЦА-320 (насосные агрегаты на фиг. не изображены) в системе НКТ устройство повышают давление. Давление жидкости через радиальные каналы 2 и гидравлическую камеру 3 передается на поршень 4, благодаря чему цилиндр 9 и связанные с его башмаком 11 клинья 15 и толкатель 25 приходят в движение по направлению вверх. Клинья, перемещаясь по наклонной плоскости конуса 5 вверх, начинают выдвигать резцы 18 в радиальном направлении, и, достигая стенки обсадной трубы 26, врезаются в нее, а при достижении клиньев 15 расчетной высоты происходит проталкивание ее резцами насквозь (см. фиг.2 и 4). Во избежание заклинивания резцов углубление их предусмотрено лишь в пределах скошенных частей его острия, но не на всю длину острия. Для облегчения возврата резцов в исходное положение они выполнены в верхней части удлиненной кромкой. В момент углубления резцов расчетной длины шток-толкатель 25, взаимодействуя с шаром 8, приподнимает последнего с посадочного седла 7, происходит разгерметизация системы НКТ и устройства, что приводит к резкому снижению давления в указанной системе. Это регистрируется манометром, установленным на устье скважины или в насосном агрегате. После этого нагнетание жидкости в полость НКТ прекращают и открытием обратного клапана в насосном агрегате давление в НКТ снижают до атмосферного.

Далее НКТ натягивают примерно на 200 250 мм, при котором поршень 4, конус 5 вместе с корпусом 1 поднимаются вверх, при этом резцедержатели 20, клинья 5, а также цилиндр 9 остаются на одном месте до полного освобождения резцов 18 из тела обсадной трубы 26, после чего под действием пружины 21 резцедержатели с резцами поднимаются вверх, занимая исходное положение.

При необходимости выполнения других отверстий в стенке обсадной трубы 26 цикл повторяется.

Технико-экономическое преимущество предложения заключается в следующем. Благодаря такому конструктивному его выполнению упрощается технология перфорации, не требуется перемещение колонны труб с устройством возвратно-поступательно, т.е. вверх-вниз, следовательно, упрощается его эксплуатация. Исключается заклинивание резцов благодаря оптимальному выбору угла скосов острия резцов и ограничения длины его захода. Устройство просто по конструктивному исполнению и надежно в работе.