снаряд для сверления горизонтальных каналов в продуктовом пласте

Формула изобретения

Снаряд для сверления горизонтальных каналов, содержащий корпус, электродвигатель, редуктор с выходным валом, кинематически связанным с ведущим полым валом, внутри которого расположен гибкий вал с режущим инструментом в виде фрезы, опорные ролики, направляющую втулку, кабель-канат и механизм индикации перемещения гибкого вала, отличающийся тем, что он снабжен упорной лапой, баллоном с золотниковым клапаном, резервной полостью масла, масляным насосом, кинематически связанным с выходным валом редуктора, и выкидной линией, посредством которой масляный насос связан с ведущим полым валом, для создания усилия перемещения гибкого вала, и с упорной лапой, для закрепления снаряда в колонне, при этом золотниковый клапан разделяет баллон на две полости, одна из которых заполнена воздухом и расположена выше золотникового клапана, а вторая полость, расположенная ниже него, заполнена маслом и соединена с всасывающей линией насоса, причем золотниковый клапан обеспечивает сообщение нижней полости баллона с резервной емкостью масла, а механизм индикации перемещения гибкого вала расположен непосредственно на гибком вале перед направляющей втулкой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для перфорации скважины, обсаженной колонной труб.

Известно устройство по патенту РФ 2109129 от 29.01.96 г. “Способ глубокой перфорации обсаженной скважины и устройство для его осуществления”, которое состоит из корпуса, гибкой штанги, выполненной составной из втулок и вкладышей, с режущим инструментом на конце гибкой штанги, механизмов вращения и подачи, выполненных отдельно. Данное устройство спускается в скважину на насосно-компрессорных трубах и приводится в действие от подачи рабочей жидкости под давлением из устья скважины.

Недостатки данного устройства: 1) гибкая штанга выполнена из нескольких составляющих деталей, что не позволяет работать в породе, частицы цемента забьются между деталями, гибкая штанга не будет выполнять свою функцию в скважинной среде. Такая конструкция будет работать только в идеальных условиях в чистом масле;

2) механизмы подачи и вращения штанги очень сложные по конструкции и сама подача “жесткая”, что приводит к поломке инструмента штанги при работе в твердой породе;

3) нет контроля с устья за ходом работы всего механизма, особенно за рабочим инструментом - гибкой штангой, нельзя определить, просверлены каналы или нет;

4) устройство в скважину спускается на насосно-компрессорных трубах, а при работе необходимо привлекать спецагрегат для прокачки жидкости под давлением и водовозы с водой, большие затраты на проведение технологических операций на перфорацию каналов;

5) очень сложная конструкция механизмов вращения и подачи гибкой штанги - вряд ли можно изготовить такое устройство в целом, чтобы оно было работоспособным.

Наиболее близким по существу является скважинный перфорационный инструмент (патент США № 4185705), который содержит корпус цилиндрический, в котором расположены 2 электродвигателя - один для вращения гибкого вала и режущего инструмента, второй для подачи их, жесткого и гибкого валов механизма слежения за выдвижением гибкого вала и режущего инструмента, целый комплекс электрической коммутационной аппаратуры в корпусе. Весь инструмент спускается в скважину на тросе и кабеле.

Недостатки: 1) сложность механизмов и громоздкость всего устройства не позволяет изготовить работоспособную конструкцию, проблемы перевозки и спуск его в скважину;

2) нельзя сверлить глубокие каналы, т.к. для сверления каналов глубиной 500 мм длина конструкции инструмента будет 12-14 м;

3) подача на гибкий вал и режущий инструмент (фрезу) жесткая, т.е. подача осуществляется винтовой парой через электродвигатель, что приводит к поломке режущего инструмента и гибкого вала при встрече твердой породы пласта или при затуплении инструмента (фрезы), по этой причине всегда будет аварийная ситуация в скважине;

4) слежение о перемещении гибкого вала и инструмента осуществляется косвенно, что также приведет к аварийной ситуации.

Задача изобретения повышение надежности устройства и сокращение затрат на изготовление и эксплуатацию путем упрощения конструкции и применения гидравлической подачи на режущий инструмент и гибкого вала и слежения выдвижения режущего инструмента (фрезы) непосредственно с гибкого вала.

Снаряд для сверления горизонтальных каналов в продуктивном пласте состоит из корпуса 1 (фиг.1), образующего полость А, в которой размещены электродвигатель 2, редуктор 3 с выходным валом 4 и расположенными на нем шестернями 5 и 6, масляный насос 7, кинематически связанный с валом 4 с помощью шестерни 5, перегородки 8, обеспечивающей герметичность полости А, ведущего полого вала 9 с шестерней 10, посаженного на подшипники 11 и 12, кинематически связанного с выходным валом 4 с помощью шестерни 6, гибкого вала 13, расположенного во внутренней части ведущего полого вала 9 и соединенного с ним подвижно с помощью муфты квадратного сечения 14 (фиг.2), манжеты 15, воспринимающей гидравлическое давление и образующей полость Б, которая сообщена с выкидной линией масляного насоса 7 с помощью вертлюжка 16, закрепленного на перегородке 8 и трубке 17, причем манжета 15 жестко связана с гибким валом 13 через муфту квадратного сечения 14, фрезы 18, расположенной на нижней части гибкого вала 13, опорных роликов 19 и 20, направляющей втулки 21, механизма индикации перемещения гибкого вала 22, баллона 23 с золотником 24, разделяющем баллон 23 на полости С и Д (фиг.5), канала 25 клапана 26, упорной лапы 27, связанной с гидроцилиндром 28 с помощью штока 29, полость Г гидроцилиндра 28 сообщена с выкидной линией насоса 7 с помощью трубки 30, трубок 31 и 32, соединяющих соответственно полость Д баллона 23 со всасывающей линией гидронасоса 7 и с полостью А через канал 25 и клапан 26 золотника 24, кабель-каната 33, соединенного с жилами 34 с обмотками элетродвигателя 2, провода 35, связанного с механизмом индикации гибкого вала 13 и передающего информацию на приемный аппарат, расположенный на устье, по кабель-канату 32, полости А, Б и Д заполнены маслом, в полости С - воздух=0,2 МПА, компенсатора 36, расположенного в корпусе для поддержания постоянного давления в полости А, являющейся полостью для резервного масла.

Снаряд работает следующим образом. Собранный снаряд (фиг.1) спускаем в скважину на кабель-канате 33 на необходимый интервал. По жилам 34 кабель-каната даем ток на электродвигатель 2, вращающий момент от электродвигателя 2 через редуктор 3, вал 4 передается одновременно на насос 7 через шестерню 5 и на гибкий вал 13 через шестерни 6, 10, ведущий вал 9 и муфту 14 (фиг.2). Давление масла, создаваемое насосом 7, через выкидную линию по трубкам 30 поступает в полость Г гидроцилиндра 28, шток 29 перемещается вверх, лапа 27 выдвигается и упирается об стенку колонны (фиг.3), корпус 1 снаряда прижимается к колонне стороной, где расположена фреза 18, одновременно по трубе 17 и вертлюжек 16 давление масла в полости Б достигает 8-10 МПА, осевое усилие, создаваемое давлением, через манжету 15 и муфту 14 передается на гибкий вал 13 и фрезу 18. Таким образом, гибкий вал 13 и фреза 18 одновременно совершают вращательное и поступательное движение, фреза выдвигается по направляющей втулки 21 в горизонтальном направлении и врезается в стенку колонны и высверливает ее, далее цементное кольцо и породу в продуктивном пласте. Реактивная сила, возникающая от усилия подачи на гибкий вал 13, компенсируется силой прижатия лапы 27, поэтому во время сверления корпус 1 всегда будет плотно прижат к колонне, чем обеспечивается стабильная работа гибкого вала 13, исключается тряска и вибрация снаряда в целом.

Информация о перемещении гибкого вала 13 в горизонтальном направлении в пласт передает механизм индикации перемещения 22 по проводам 35 кабель-каната 33 на приемный аппарат, расположенный на устье, т.е. показывает величину проходки фрезы 18. Насос 7, создавая давление в плоскости Б, обеспечивает горизонтальную подачу фрезы. Сила подачи определяется умножением рабочего давления на площадь поперечного сечения манжеты 15. Оптимальная сила подачи для гибкого вала составляет 120-130 кг.

По мере прохождения гибкого вала 13 в пласт объем полости Б, заполненной маслом, увеличивается, соответственно объем масла в полости Д уменьшается на соответственную величину, т.к. насос 7 забирает масло из полости Д по трубке 31 и закачивает в полость Б. При этом объем полости С будет увеличиваться на соответствующую величину, т.к. по мере уменьшения объема полости Д клапан 26 будет перемещаться вниз. При больших циклах работы гибкого вала 13 из-за имеющихся незначительных утечек на манжете 15 и других уплотнителях объем масла в полости Д уменьшится до тех пор, пока канал 25 клапана 26 не совместится с трубкой 32 (фиг.4), соединенной с полостью А, заполненной резервным маслом, после этого масло из полости А через трубку 32 и полость Д будет поступать в полость Б для создания усилия подачи на гибкий вал 13. Компенсатор 36 будет поддерживать постоянное давление в полости А по мере расхода масла.

Длина выхода гибкого вала 13 рассчитана на величину от 500 до 1000 мм. Прочность гибкого вала 13 и стойкость фрезы 18 позволяют сверлить 5-6 каналов за один спуск снаряда, после этого извлекать снаряд и заменять гибкий вал и фрезу.

Возвращение в исходное положение гибкого вала 13 с фрезой 18 и раскрепление снаряда от стенки колонны происходит следующим образом.

После получения информации от индикатора перемещения гибкого вала 22, что гибкий вал 13 выдвинулся на необходимую величину в горизонтальном направлении, отключаем электродвигатель 2. При этом насос 7 останавливается, масло, находящееся под давлением 8-10 МПА в полостях Б и Г, стремится в полость Д (фиг.5), т.к. в полостях Д и С давление на уровне 0,1-0,2 МПА или еще меньше. Гидростатическое давление в скважине, действующее на манжету 15 со стороны муфты 14, перемещает гибкий вал 13 по полому ведущему валу вверх до крайнего положения, тем самым фреза 18 с гибким валом 13 возвращаются в исходное положение, снаряд раскрепляется и извлекается на дневную поверхность или устанавливается на другой интервал для сверловки следующего канала.

Преимущества с прототипом: здесь подача на фрезу не жесткая (механическая), а гидравлическая, что исключает поломку фрезы 18 и гибкого вала 13, при встрече твердой породы или затуплении фрезы 18 она будет вращаться на одном месте, при этом осевое усилие (подача) останется неизменной. Здесь исключается поломка фрезы и гибкого вала 13. У аналога при попадании на твердую породу проходка уменьшается, а механизм подачи жесткий, осевое усилие резко увеличивается и приводит к поломке фрезы и гибкого вала, в результате отказа в работе снаряда.

Информация о перемещении фрезы 18 (проходки) передается непосредственно с гибкого вала перед направляющей втулкой, что исключает поступление ошибочной информации о величине выдвижения гибкого вала 13.