устройство для перфорации обсаженной скважины

Формула изобретения

1. Устройство для перфорации обсаженной скважины, включающее аппарат направляющий, инструмент для формирования отверстий в обсадной трубе и в продуктивном слое, выполненный в виде гибкого вала, толкатель для его перемещения и его режущую часть, отличающееся тем, что на поверхности гибкого вала размещена винтовая намотка из, по меньшей мере, двух параллельных нитей из длинномерного материала круглого сечения, поверхности которых соприкасаются друг с другом, при этом, по меньшей мере, одна из нитей выполнена с площадью поперечного сечения, меньшей, чем площадь поперечного сечения смежной с ней нити.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нить с площадью поперечного сечения, меньшей, чем площадь поперечного сечения смежной с ней нити, образована удалением части ее объема.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию, используемому в нефтегазодобывающей промышленности для вскрытия продуктивных пластов путем формирования отверстий в стенках обсадной трубы скважины и создания перфорационных каналов большой протяженности в породе продуктивного пласта.

Для оценки новизны и технического уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным изобретением признаков, известных из сведений, ставших общедоступными до даты приоритета изобретения.

Известно устройство для перфорации обсаженной скважины, включающее колонну труб и направляющий аппарат с инструментом для формирования отверстия в обсадной трубе. Направляющий аппарат выполнен в виде гибкого рукава с гидромониторным соплом. Устройство содержит отклонитель гибкого рукава, механизм выдвижения гибкого рукава с размещенным в гидроцилиндре полым штоком и поршнем, линию подачи рабочей жидкости и гидравлическую систему управления устройством. Верхний конец полого штока плотно входит вовнутрь выходного патрубка дифференциальной втулки, которая с верхнего торца соединена с выходным патрубком кольцевой перегородкой с отверстиями (см. а.с. СССР № 883350). Недостатком данного решения является то, что оно имеет малый срок службы ввиду наличия абразива в рабочей жидкости, циркулирующей по всем его основным элементам и производящей интенсивный износ элементов устройства, существенно сокращающий срок его службы.

Известно устройство для перфорации обсаженной скважины, включающее колонну труб, аппарат направляющий в виде гибкого рукава с инструментом формирования отверстия в обсадной трубе. Устройство выполнено в виде цилиндрического корпуса с центральным каналом, кольцевой канавкой, обводным каналом, радиальным каналом. Сверху в центральный канал введена втулка с наружным конусом, поршнем и боковым каналом. Установленные снаружи втулки гидроцилиндр с поршнем клиновыми плашками, взаимодействующими с наружным конусом, образуют механизм стопорения в скважине. Внизу корпуса размещен механизм формирования отверстия в обсадной трубе. Он содержит концевую фрезу или сверло, две пары шестерен, шпиндель, винт осевой подачи концевой фрезы, вал, гидродвигатель и реверс. В районе механизма формирования отверстия в корпусе размещен распорный механизм с гидроцилиндром, поршнем, клином и радиальными упорами. Механизм выдвижения гибкого рукава с гидромониторным соплом через вырезанное окно за пределы обсадной трубы в пласт содержит размещенные в корпусе гидроцилиндр, поршень на полом штоке с радиальными отверстиями. В корпусе размещен механизм его осевого перемещения с гидроцилиндром и поршень (см. патент РФ № 2137915). Недостатками данного решения являются сложность его изготовления и эксплуатации ввиду наличия в его конструкции многообразных и взаимосвязанных механизмов, элементов, приводящих к возможным срывам работы устройства и увеличивающих эксплуатационные затраты.

Известна также конструкция гибкого вала, состоящего из винтовых пружин, установленных с расположением витков каждой из них в междушаговом пространстве смежных, при этом винтовые пружины имеют прямоугольное сечение, причем каждая пружина имеет выступы, входящие в зацепление с выступами смежных пружин; каждая пружина имеет ступенчатую форму и входит в зацепление со смежными пружинами торцами ступеней, а внутри вала пропущен гибкий шланг (см. патент РФ № 2181448). Такой гибкий вал, оснащенный фрезой, применяется для бурения боковых каналов в скважине, включая стальную обсадную колонну. При вращении гибкого вала пружины перегибами входят в зацепление, обеспечивая передачу значительного крутящего момента. Осевое усилие приводит к сжатию и плотному соприкосновению прямоугольных витков вала друг с другом не только перегибами, но и поверхностями пружин, сохраняя заданное направление бурения. Поэтому вал не теряет устойчивости в бурящемся канале. Такой гибкий вал способен передавать значительный крутящий момент, а наличие межвиткового пространства позволяет иметь очень небольшой радиус изгиба, что позволяет в ограниченном пространстве скважины бурить глубокие боковые каналы в стальных обсадных колоннах и крепких горных породах.

Известно устройство для перфорации обсаженной скважины, включающем колонну труб, аппарат направляющий, инструмент для формирования отверстий в обсадной трубе, выполненный в виде гибкого вала, толкатель для его перемещения и режущую часть, устройство содержит трубу направляющую, наружную и внутреннюю колонны труб, внутренняя из которых соединена с толкателем для его перемещения в трубе направляющей и с механизмом ее вращения, спуска и подъема, расположенным на устье скважины, при этом аппарат направляющий закреплен на трубе направляющей и выполнен в виде корпуса с несколькими каналами, в которых установлены переключатели изменения направления движения гибкого вала и съемные режущие части, на которых выполнены кулачки с возможностью захвата кулачков, выполненных на гибком валу, причем переключатели имеют возможность направления гибкого вала в один из каналов аппарата направляющего для захвата режущей части и последующего бурения нового канала (см.патент РФ № 2278961). Разделение колонны труб на наружную и внутреннюю позволяет внутренней колонной труб производить вращение, спуск и подъем режущего инструмента через толкатель и гибкий вал механизмом, расположенным на устье скважины.

Данному аналогу присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения, в связи с чем данное известное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Причины, препятствующие получению технического результата, который обеспечивается изобретением, заключаются в том, что при перфорации скважин и входе в продуктивный пласт серьезной проблемой является создание в зоне бурения некоторого разрежения и обеспечения выноса шлама из этой зоны, что существенно влияет на производительность работы и долговечность инструментов. В особенности это сказывается при добыче вязкой нефти, которая затягивает с собой песок и другие механические примеси.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи создания устройства для перфорации обсаженной скважины, обеспечивающего надежный вынос из зоны бурения скапливающегося шлама, повышение эксплуатационную надежности и срока службы.

Сущность заявляемого изобретения как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением технического результата.

Согласно изобретению устройство для перфорации обсаженной скважины, включающее аппарат направляющий, инструмент для формирования отверстий в обсадной трубе, выполненный в виде гибкого вала, толкатель для его перемещения и его режущую часть, характеризуется тем, что на поверхности гибкого вала размещена винтовая намотка из по меньшей мере двух параллельных нитей из длинномерного материала круглого сечения, поверхности которых соприкасаются друг с другом, при этом по меньшей мере одна из нитей выполнена с площадью поперечного сечения меньшей, чем площадь поперечного сечения смежной с ней нити.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Кроме этого, заявленное решение имеет ряд признаков, характеризующих изобретение в частных случаях его выполнения, конкретных формах его материального воплощения либо особых условиях его использования, а именно:

- нить с площадью поперечного сечения меньшей, чем площадь поперечного сечения смежной с ней нити, может быть образована удалением части ее объема.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, совокупности признаков которых совпадают с совокупностью отличительных признаков заявленного изобретения, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию "новизна".

Отдельные отличительные признаки заявленного изобретения, такие как винтовые намотка из параллельных нитей из длинномерного материала, известны из уровня техники, однако заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии данных отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат, который заключается в том, что предлагаемая винтовая намотка за счет нити с площадью поперечного сечения меньшей, чем площадь поперечного сечения смежной с ней нити, образует на поверхности гибкого вала винтовой канал, по которому происходит вынос шлама из зоны бурения за счет создания необходимого разряжения.

В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых на фиг.1 изображен разрез по гибкому валу с винтовой намоткой из двух параллельных нитей из длинномерного материала круглого сечения, одна из которых путем вышлифовки части ее объема выполнена с площадью поперечного сечения меньшей, чем площадь поперечного сечения смежной с ней нити, на фиг.2 - разрез по гибкому валу с винтовой намоткой из трех параллельных нитей из длинномерного материала круглого сечения, две из которых выполнены из длинномерного материала меньшего диаметра.

Устройство для перфорации обсаженной скважины включает колонну труб и инструмент для формирования отверстий в обсадной трубе и в продуктивном слое 1, выполненный в виде гибкого вала 2. На поверхности гибкого вала 2 размещена винтовая намотка из по меньшей мере двух параллельных нитей 3 и 4 из длинномерного материала круглого сечения, поверхности которых соприкасаются друг с другом. Одна из нитей 4 выполнена с площадью поперечного сечения меньшей, чем площадь поперечного сечения смежной с ней нити 3. Нить 4 может быть образована удалением части ее объема, например, вышлифовкой или электроэрозионной обработкой. Винтовая намотка может быть образована из трех параллельных нитей 5, 6 и 7, при этом нити 6 и 7 выполнены из длинномерного материала меньшего диаметра.

Устройство работает следующим образом.

Производят бурение отверстий через обсадную трубу в продуктивном слое 1. Механизм вращения, спуска и подъема, вращая и спуская внутреннюю колонну труб, продвигает гибкий вал 2 через толкатель по одному из каналов аппарата направляющего. Гибкий вал 2 захватывает установленный в канале съемный режущий инструмент, который бурит канал через обсадную трубу в продуктивном слое 1 по заданному азимуту и горизонту. При вращении гибкого вала 2 благодаря образованному на его поверхности винтовому каналу, образованному между винтовой намоткой на поверхности гибкого вала 2 и внутренней поверхностью пробуренного отверстия 1, в зоне бурения создается разрежение, благодаря чему шлам из этой зоны выносится, проходя по винтовому каналу, за счет того, что нить 4 или в другом варианте нити 6 и 7 имеют меньшую площадь поперечного сечения.

Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения. Предложенное устройство может быть изготовлено промышленным способом с использованием известных материалов и технических средств, что обусловливает, по мнению заявителя, его соответствие условию «промышленная применимость».

Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает надежный вынос из зоны бурения скапливающегося шлама, что существенно при добыче вязких сортов нефти, а также повышает эксплуатационную надежность и срок службы оборудования.