перфоратор двухсторонний гидромеханический щелевой

Формула изобретения

Перфоратор гидромеханический щелевой, содержащий корпус, размещенный в нем поршень-толкатель и выдвижной режущий инструмент в виде верхнего и нижнего режущих дисков для выполнения двух диаметрально расположенных щелей в колонне, каждый из которых установлен на своей оси, а также механизм их выдвижения в виде смонтированного на центральной оси коромысла, в плечах которого установлены оси режущих дисков, и выполненного с возможностью поворота при перемещении поршня-толкателя, отличающийся тем, что диски установлены на разном расстоянии своих осей от центральной оси коромысла, при этом длина плеча коромысла до оси верхнего диска меньше, чем длина плеча коромысла до оси нижнего диска.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации нефтяных, газовых и нагнетательных скважин, а именно к устройству для вторичного вскрытия пластов путем создания продольных перфорационных щелей в обсадных (эксплуатационных) колоннах и формирования фильтрационных каналов в призабойной зоне пласта.

Из уровня техники известны устройства для щелевой перфорации обсадных колонн, основанные на использовании выдвижного накатного режущего инструмента. Такое устройство раскрыто, например, в RU 2151858 С1, 27.06.2000, RU 2180038 C1, 27.02.2002, в US 4119151 A1, 10.10.1978. Описываемые устройства отличаются в основном конструкцией механизма крепления и выдвижения режущего инструмента.

Основным недостатком приведенных устройств является быстрый износ рабочих деталей, в том числе элементов, на которых крепится накатный ролик, а также сложность замены режущего инструмента, при которой требуется полная разборка устройства.

Известен гидромеханический скважинный перфоратор по патенту RU 2182221 C1, МПК 7 Е21В 43/114, 10.05.2002. Перфоратор содержит корпус, режущий инструмент в виде накатного диска, гидромониторную насадку, полый шток-фильтр, расположенный в двух гидроцилиндрах, поршень-толкатель с гидроканалами, связанный с осью накатного диска, расположенной в направляющих пазах боковых пластин, которые охватывают клиновой паз, содержащий съемные пластины. Его составные детали просты в изготовлении и легко заменяемы.

Однако при одностороннем воздействии режущего инструмента на эксплуатационную колонну возникает усилие прижима устройства к ней, требующее дополнительных усилий на преодоление силы трения при перемещении устройства вверх-вниз и приводящее к его быстрому износу. Кроме того, конструкция устройства довольно сложна, что снижает его надежность и технологичность при эксплуатации.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого устройства можно считать гидромеханический щелевой перфоратор, раскрытый в RU 2249678 С1, 10.04.2005, содержащий выдвижной режущий инструмент в виде установленных на оси двух режущих дисков с механизмом их выдвижения, с возможностью выполнения дисками двух диаметрально расположенных щелей в колонне, при этом механизм выдвижения режущих дисков выполнен в виде смонтированного на центральной оси коромысла, в плечах которого в отверстиях установлены оси дисков с возможностью поворота при перемещении поршня-толкателя.

Работа перфоратора основана на принципе пластической деформации металла от нагрузки в каждой точке. В качестве вскрывающего элемента, в используемых устройствах, применяют накатные диски, закрепленные на коромысле и имеющие два положения - рабочее и транспортное.

Однако при выходе дисков в рабочее положение один диск располагается выше другого, что вызывает перекос перфоратора относительно оси скважины и изменение плеча нагрузки на коромысло. Вскрытие колонны происходит неравномерно, что увеличивает нагрузку на верхний накатный диск и ось и может привести к их преждевременному износу. Кроме того, за счет того что верхний накатный диск быстрее вскрывает стенку колонны и выходит за нее, существенно снижается радиальное усилие на нижний диск, что приводит к недовскрытию им эксплуатационной колонны и снижению качества выполняемой работы.

Задачей изобретения является повышение надежности и технологичности перфоратора, обеспечение повышения эффективности и производительности процесса.

Технический результат, который обеспечивает решение указанной задачи, заключается в возможности гарантированного вскрытия эксплуатационной колонны одновременно двумя дисками. Усовершенствованная конструкция коромысла распределяет создаваемое усилие равномерно на каждый диск и ось, что увеличивает их износостойкость и время работы перфоратора без замены режущего узла.

Данный технический результат достигается за счет того, что в перфораторе гидромеханическом щелевом, содержащем корпус, размещенный в нем поршень-толкатель и выдвижной режущий инструмент в виде верхнего и нижнего режущих дисков для выполнения двух диаметрально расположенных щелей в колонне, каждый из которых установлен на своей оси, а также механизм их выдвижения в виде коромысла, смонтированного на центральной оси, в плечах которого установлены оси режущих дисков, и выполненного с возможностью поворота при перемещении поршня-толкателя, согласно предлагаемому изобретению диски установлены на разном расстоянии своих осей от центральной оси коромысла, при этом длина плеча коромысла до оси верхнего диска меньше, чем длина плеча коромысла до оси нижнего диска.

На фиг.1 показано расположение верхнего 1 и нижнего 2 накатных дисков при выходе в рабочее положение в соответствии с прототипом. При равных плечах коромысла происходит небольшой перекос перфоратора относительно оси скважины и изменение плеча нагрузки на коромысло. В данном положении между перфоратором и внутренним диаметром колонны образуется односторонний зазор t, который определяется по формуле: t=Dвн.к-Dп., где Dвн.к - внутренний диаметр колонны, Dп - наружный диаметр перфоратора.

Например, при наружном диаметре обсадной колонны Dн.к=146 мм, диаметре перфоратора Dп=115 мм, толщине стенки колонны =10 мм и рабочем ходе диска - 28 мм, выход дисков h за стенку колонны составит:

Для верхнего диска: h=(28- )=28-10=18 мм.

Для нижнего диска: h ₁=(28- -t)=28-10-11=7 мм,

где t=Dвн.к-Dп.=(146-2× )-115=126-115=11 мм.

Разная длина плеч коромысла (разный радиус поворота верхнего и нижнего дисков) позволяет уменьшить приведенную разницу выхода дисков за стенку обсадной колонны.

На фиг.2 показано расположение верхнего 1 и нижнего 2 накатных дисков при выходе в рабочее положение в соответствии с предлагаемой конструкцией перфоратора. При данных условиях работы перфоратора рабочий ход верхнего диска составляет 28 мм, а нижнего диска - 33,3 мм. Выход дисков за пределы колонны составляет для верхнего диска h=18 мм, а для нижнего - h ₁=13 мм.

Приведенные расчеты показывают, что в случае использования перфоратора с разной длиной плеч коромысла значительно уменьшается его перекос относительно оси скважины.

На фиг.3 и фиг.4 схематично представлено устройство в сборе в исходном положении и рабочем положении (пунктиром): соответственно, прототип и предлагаемая конструкция.

Перфоратор содержит корпус 3, в котором размещена муфта (не показана) для присоединения насосно-компрессорных труб (НКТ), гидроцилиндры с поршнем-толкателем, имеющем гидравлические каналы с гидромониторными насадками (не показаны). С нижним гидроцилиндром соединен корпус режущего узла, на центральной оси 4 которого расположено коромысло 5, выполненное, например, в виде двух фигурных пластин, между которыми на осях 6 расположены верхний 1 и нижний 2 режущие диски.

Устройство работает следующим образом.

На колонне НКТ перфоратор опускается в скважину к месту разрезки. Установив устройство в скважине, проводят прямую промывку полости труб и полости устройства от окалины и механических примесей, которые попадают в полость труб во время геофизических работ по привязке устройства к интервалу резки. Затем в полость труб опускают шарик диаметром 19 мм, который, проходя через элементы перфоратора перекрывает центральный канал поршня-толкателя, после чего в НКТ создается рабочее давление.

При создании рабочего давления в полости труб жидкость воздействует на поршень-толкатель. Передвигаясь поступательно вдоль оси устройства, он поворачивает коромысло 5, между пластинами которого на осях 6 расположены режущие диски 1 и 2, и выталкивает их до упора с эксплуатационной колонной 7.

Создавая ступенчатое давление в полости НКТ от 10 до 80 атмосфер, увеличивают силу вдавливания режущих дисков 1 и 2 в противоположные стороны эксплутационной колонны 7.

Накат щели двумя режущими дисками производится попеременным перемещением устройства, находящегося под давлением, вверх и вниз на длину щели. После образования щелей в эксплуатационной колонне 7 давление в полости труб поднимают, и реализуется гидромониторный эффект струи. Две струи жидкости, выходящие через гидромониторные насадки, с большой скоростью разрушают своим напором цементный камень и породу за эксплуатационной колонной, намывают каверну по всей длине щелей. После намыва каверны давление в трубах сбрасывается до атмосферного. Поршень-толкатель втягивается в нижний гидроцилиндр и возвращает в исходное положение весь режущий узел в сборе. После этого в полость НКТ опускается шар большого диаметра - 40 мм, который садится в гнездо срезного циркуляционного клапана. Подняв давление в трубах, открывают промывочное устройство в корпусе. После чего производят освоение, или глушение эксплуатационной скважины, или подъем устройства из нее.

Технико-экономические преимущества предложенного перфоратора заключаются в следующем.

1. Использование коромысла с разной длиной плеч позволяет гарантированно вскрывать эксплуатационную колонну одновременно двумя роликами;

2. Данная конструкция коромысла распределяет создаваемое усилие равномерно на каждый ролик и ось, что увеличивает их износостойкость и время работы перфоратора без замены режущего узла.