сверлящий перфоратор с электрогидравлической системой и регулировкой угла наклона бура

Формула изобретения

Сверлящий перфоратор, состоящий из системы фиксации перфоратора к стенке скважины, системы перфорации, включающей гидроцилиндр перфорации, бур, криволинейную направляющую для бура, системы подачи бура с гидроцилиндром подачи бура, отличающийся тем, что содержащаяся система фиксации перфоратора к стенке скважины состоит из второго и третьего гидроцилиндров, а введенная система регулировки угла наклона бура состоит из распределителя, гидроцилиндра и датчика перемещения, причем системы фиксации, перфорации, подачи бура и регулировки угла наклона бура объединены в одну электрогидравлическую систему с логическим управлением, в состав которой входит первый электродвигатель, подсоединенный к первому насосу, который связан с первым фильтром, с первым датчиком температуры, с первым предохранительным клапаном, со вторым фильтром, с первым распределителем, связанным с первым электромагнитом, с первым датчиком давления и с гидроаккумулятором через обратный клапан, со вторым распределителем, связанным со вторым и с третьим электромагнитами и первым гидроцилиндром, причем первый гидроцилиндр подключен к первому датчику перемещения, с третьим и четвертым распределителями, связанным с обратным клапаном, с четвертым и пятым электромагнитами, четвертый распределитель подключен к поршневым полостям второго и третьего гидроцилиндра, подключенным ко второму датчику давления, штоковые полости второго и третьего гидроцилиндра соединены с пятым распределителем, связанным с шестым электромагнитом и первым датчиком давления, с четвертым гидроцилиндром и со вторым датчиком перемещения, причем третий распределитель подключен к шестому распределителю, связанным с седьмым электромагнитом, к дросселю, к третьему датчику давления, к седьмому распределителю, связанному с восьмым электромагнитом, к пятому гидроцилиндру, связанному с реле давления, причем седьмой распределитель и реле давления связаны между собой, также в электрогидравлическую систему перфоратора входит второй электродвигатель, подсоединенный ко второму насосу, который связан с третьим фильтром, со вторым датчиком температуры, со вторым предохранительным клапаном, с четвертым фильтром, с восьмым распределителем, связанным с девятым электромагнитом, с гидромотором, связанным с буром на гибком валу и датчиком частоты вращения, и с четвертым датчиком давления, первый фильтр, первый датчик температуры, первый предохранительный клапан, второй распределитель, четвертый распределитель, пятый распределитель, шестой распределитель, седьмой распределитель, третий фильтр, второй предохранительный клапан, восьмой распределитель и гидромотор соединены с баком, первый датчик температуры, первый электромагнит, первый датчик давления, второй электромагнит, третий электромагнит, первый датчик перемещения, четвертый электромагнит, пятый электромагнит, второй датчик давления, шестой электромагнит, второй датчик перемещения, седьмой электромагнит, третий датчик давления, реле давления, второй датчик температуры, девятый электромагнит, датчик частоты вращения и четвертый датчик давления соединены с контроллером.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к геофизической технике, конкретно к техническим средствам для перфорации стенок обсаженных нефтяных скважин.

Известен сверлящий перфоратор (патент RU № 2058477, МПК E21B 43/114 от 27.09.1993 г.), содержащий цилиндрический корпус, каротажный кабель, масляный насос с электродвигателем, выдвижной бур и механизмы выдвижения бура и прижатия корпуса к стенке скважины.

Недостатками конструкции данного устройства является наличие пружин, осуществляющих расфиксацию перфоратора, которые имеют низкую надежность при прижатии перфоратора к стенке скважины, усилие пружин недостаточно для расфиксации прибора.

Известен сверлящий перфоратор (патент RU № 2182961, МПК E21B 43/11, E21B 43/114 от 28.04.1999 г.), включающий цилиндрический корпус, подвеску корпуса в виде каротажного кабеля, бур в виде полого стержня с фрезой на конце, узел вращения, узел подачи бура к стенке скважины и узел ориентированного поворота бура.

Недостатком данного перфоратора является отсутствие энергонезависимой системы расфиксации, вследствие чего нет возможности извлечь перфоратор при отсутствии электрического питания.

Известен пробоотборник пластового флюида (патент RU № 2371577, МПК E21B 49/08 от 24.03.2008 г.), состоящий из системы отбора пробы флюида, включающей клапан отбора и хранения пробы флюида, электрогидравлической системы, которая выполнена логической для фиксации и расфиксации пробоотборника в скважине.

К недостаткам данного прибора можно отнести отсутствие системы перфорации и, как следствие, невозможность использования в качестве сверлящего перфоратора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является сверлящий перфоратор (патент RU № 2243363, МПК E21B 43/11 от 12.11.2002 г.), содержащий корпус, гидравлическую систему фиксации перфоратора к стенке скважины с гидроцилиндром фиксации, бур, криволинейную направляющую для бура, гидравлическую систему подачи бура с гидроцилиндром подачи и механизм возврата бура.

К недостаткам прототипа можно отнести зависимость крутящего момента от нагрузки на режущий инструмент и, как следствие, преждевременный выход из строя бура, низкая производительность и высокая аварийность работ.

Задача изобретения - повышение надежности работы перфоратора, применение модульной конструкции для работы на скважинах разных диаметров, усовершенствование автоматизации фиксации и расфиксации за счет применения электрогидравлической системы с логическим управлением, устранение высокой аварийности работ вследствие применения энергонезависимой системы расфиксации прибора в скважине, усовершенствование перфоратора за счет применения в составе прибора устройства, позволяющего обеспечить сверление перфорационных каналов под углом 45° и 90° относительно вертикальной оси перфоратора.

Поставленная задача решается тем, что в сверлящем перфораторе, состоящем из системы фиксации перфоратора к стенке скважины, системы перфорации, включающей гидроцилиндр перфорации, бур, криволинейную направляющую для бура, системы подачи бура с гидроцилиндром подачи бура, согласно изобретению, система фиксации перфоратора к стенке скважины состоит из второго и третьего гидроцилиндров, система регулировки угла наклона бура состоит из распределителя, гидроцилиндра и датчика перемещения, причем системы фиксации, перфорации, подачи бура и регулировки угла наклона бура объединены в одну электрогидравлическую систему с логическим управлением, в состав которой входит первый электродвигатель, подсоединенный к первому насосу, который связан с первым фильтром, с первым датчиком температуры, с первым предохранительным клапаном, со вторым фильтром, с первым распределителем, связанным с первым электромагнитом, с первым датчиком давления и с гидроаккумулятором через обратный клапан, со вторым распределителем, связанным со вторым и с третьим электромагнитами и первым гидроцилиндром, причем первый гидроцилиндр подключен к первому датчику перемещения, с третьим и четвертым распределителями, связанным с обратным клапаном, с четвертым и пятым электромагнитами, четвертый распределитель подключен к поршневым полостям второго и третьего гидроцилиндра, подключенным ко второму датчику давления, штоковые полости второго и третьего гидроцилиндра соединены с пятым распределителем, связанным с шестым электромагнитом и первым датчиком давления, с четвертым гидроцилиндром и со вторым датчиком перемещения, причем третий распределитель подключен к шестому распределителю, связанным с седьмым электромагнитом, к дросселю, к третьему датчику давления, к седьмому распределителю, связанным с восьмым электромагнитом, к пятому гидроцилиндру, связанным с реле давления, причем седьмой распределитель и реле давления связаны между собой, также в электрогидравлическую систему перфоратора входит второй электродвигатель, подсоединенный ко второму насосу, который связан с третьим фильтром, со вторым датчиком температуры, со вторым предохранительным клапаном, с четвертым фильтром, с восьмым распределителем, связанным с девятым электромагнитом, с гидромотором, связанным с буром на гибком валу и датчиком частоты вращения, и с четвертым датчиком давления, первый фильтр, первый датчик температуры, первый предохранительный клапан, второй распределитель, четвертый распределитель, пятый распределитель, шестой распределитель, седьмой распределитель, третий фильтр, второй предохранительный клапан, восьмой распределитель и гидромотор соединены с баком, первый датчик температуры, первый электромагнит, первый датчик давления, второй электромагнит, третий электромагнит, первый датчик перемещения, четвертый электромагнит, пятый электромагнит, второй датчик давления, шестой электромагнит, второй датчик перемещения, седьмой электромагнит, третий датчик давления, реле давления, второй датчик температуры, девятый электромагнит, датчик частоты вращения и четвертый датчик давления соединены с контроллером.

Повышение надежности и устранение высокой аварийности работ сверлящего перфоратора с электрогидравлической системой для вторичного вскрытия пластов достигается использованием первого, третьего, четвертого, пятого распределителей и гидроаккумулятора: при отсутствии сигнала управления гидроаккумулятор создает необходимое давление рабочей жидкости в первом, во втором, в третьем, в четвертом и в пятом гидроцилиндрах для их расфиксации в транспортное положение, обеспечивая безаварийную эксплуатацию.

Существо изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема.

Сверлящий перфоратор с электрогидравлической системой и регулировкой угла наклона бура содержит первый электродвигатель 1, подсоединенный к первому насосу 2. Первый насос связан с первым фильтром 3, с первым датчиком температуры 4, с первым предохранительным клапаном 5, со вторым фильтром 6, с первым распределителем 7, связанным с первым электромагнитом 8, с первым датчиком давления 9 и с гидроаккумулятором 10 через обратный клапан 11, со вторым распределителем 12, связанным со вторым 13 и с третьим 14 электромагнитами и первым гидроцилиндром 15, причем первый гидроцилиндр 15 подключен к первому датчику перемещения 16, с третьим 17 и четвертым 18 распределителями, связанным с обратным клапаном 19, с четвертым 20 и пятым 21 электромагнитами. Четвертый распределитель 18 подключен к поршневым полостям второго 22 и третьего 23 гидроцилиндра, подключенным ко второму датчику давления 24, штоковые полости второго 22 и третьего 23 гидроцилиндра соединены с пятым распределителем 25, связанным с шестым электромагнитом 26 и первым датчиком давления 9, с четвертым гидроцилиндром 27 и со вторым датчиком перемещения 28. Причем третий распределитель 17 подключен к шестому распределителю 29, связанному с седьмым электромагнитом 30, к дросселю 31, к третьему датчику давления 32, к седьмому распределителю 33, связанному с восьмым электромагнитом 34, к пятому гидроцилиндру 35, связанному с реле давления 36, причем седьмой распределитель 33 и реле давления 36 связаны между собой. Также в электрогидравлическую систему перфоратора входит второй электродвигатель 37, подсоединенный ко второму насосу 38, который связан с третьим фильтром 39, со вторым датчиком температуры 40, со вторым предохранительным клапаном 41, с четвертым фильтром 42, с восьмым распределителем 43, связанным с девятым электромагнитом 44, с гидромотором 45, связанным с буром на гибком валу 46 и датчиком частоты вращения 47, и с четвертым датчиком давления 48. Первый фильтр 3, первый датчик температуры 4, первый предохранительный клапан 5, второй распределитель 12, четвертый распределитель 18, пятый распределитель 25, шестой распределитель 29, седьмой распределитель 33, третий фильтр 39, второй предохранительный клапан 41, восьмой распределитель 43 и гидромотор 45 соединены с баком 49. Первый датчик температуры 4, первый электромагнит 8, первый датчик давления 9, второй электромагнит 13, третий электромагнит 14, первый датчик перемещения 16, четвертый электромагнит 20, пятый электромагнит 21, второй датчик давления 24, шестой электромагнит 26, второй датчик перемещения 28, седьмой электромагнит 30, третий датчик давления 32, реле давления 36, второй датчик температуры 40, девятый электромагнит 44, датчик частоты вращения 47 и четвертый датчик давления 48 соединены с контроллером 50.

Предлагаемый перфоратор работает следующим образом: при подаче электрического тока к сверлящему перфоратору срабатывают пятый электромагнит 21, шестой электромагнит 26, седьмой электромагнит 30 и восьмой электромагнит 34, перемещая четвертый распределитель 18, пятый распределитель 25, шестой распределитель 29, седьмой распределитель 33 в положение "а". Первый распределитель 7 находится в положении "б", и рабочая жидкость подводится к гидроаккумулятору 10, заряжая его. Процесс зарядки гидроаккумулятора 10 отслеживается с наземного модуля оператором. Когда гидроаккумулятор 10 заряжен, первый распределитель 7 переместится в положение "а". Рабочая жидкость подается через третий 17 и четвертый 18 распределители к правым полостям второго 22 и третьего 23 гидроцилиндров фиксации, а левые полости через пятый распределитель 25 соединены со сливом. Штоки первого 22 и второго гидроцилиндров фиксации 23 выдвигаются, и сверлящий перфоратор фиксируется в скважине. Когда штоки первого 22 и второго 23 гидроцилиндров фиксации выдвинутся на заданное расстояние, второй датчик перемещения 28 выдает сигнал на наземный блок оператору, который выключает четвертый электромагнит 20. Третий распределитель 17 перейдет в положение "а". Когда штоки гидроцилиндров фиксации выдвинутся на заданное расстояние, второй датчик перемещения 28 выдает сигнал на наземный блок оператору. Оператор включает второй 13 и третий 14 электромагниты, которые переключают второй распределитель 12 либо в положение "б", либо в положение "в", в зависимости от угла наклона бура. Рабочая жидкость через второй распределитель 12 в положении "в" подается в правую полость первого гидроцилиндра 15 (регулировки угла наклона бура), а левая полость первого гидроцилиндра 15 соединена со сливом. Аналогично происходит распределение жидкости при перемещении второго распределителя 12 в положение "б", только теперь рабочая жидкость подается в левую полость первого гидроцилиндра 15, а правая соединяется со сливом. Перемещение штока первого гидроцилиндра 15 отслеживается первым датчиком перемещения 16, посылающим выходной сигнал на наземный блок оператору для возможности регулирования положения штока первого гидроцилиндра 15. После того как оператор установит нужный угол наклона, с наземного блока подается сигнал на четвертый 20 электромагнит, который переводит третий распределитель 17 в положение "а", и на девятый электромагнит 44, который переводит восьмой распределитель 43 в положение "б". Рабочая жидкость подается на гидромотор 45 с буром на гибком валу 46, на четвертый гидроцилиндр (подачи бура) 27 и пятый гидроцилиндр (перфорации) 35. Реле давления 36 вырабатывает гармонический сигнал на восьмой электромагнит 34, и седьмой распределитель 33 перемещается из положения "а" в положение "б" попеременно, таким образом реализуется перфорация. После проведения работ, или из-за выхода из строя каких-либо агрегатов, электрический сигнал перестает поступать к сверлящему перфоратору, и пятый распределитель 25, третий распределитель 17, четвертый распределитель 18 и седьмой распределитель 29 под действием возвратных пружин переходят в положение "б". От гидроаккумулятора 10 рабочая жидкость поступает в левые полости второго 22 и третьего 23 гидроцилиндров фиксации, к четвертому гидроцилиндру 27 и пятому гидроцилиндру 35, вследствие чего выполняется расфиксация аппаратуры.

Для разгрузки насосов предусмотрены первый 5 и второй 41 предохранительные клапаны. Также в системе имеются первый 3, второй 6, третий 39 и четвертый 42 фильтры. Для контроля давления рабочей жидкости в гидросистеме предусмотрены первый датчик давления 9, отслеживающий наличие давления в гидролинии, подходящей к гидроаккумулятору 10, второй датчик давления 24, отслеживающий наличие давления в правых полостях первого 22 и второго 23 гидроцилиндров, третий датчик давления 32, отслеживающий наличие давления в полости четвертого гидроцилиндра 27, и четвертый датчик давления 48, отслеживающий наличие давления в гидролинии, подходящей к гидромотору 45. Для отслеживания частоты вращения гидромотора 45 имеется датчик частоты вращения 47. Температура рабочей жидкости в гидросистеме отслеживается первым 4 и вторым 40 датчиками температуры. Все сигналы датчиков заведены в контроллер 50, который установлен в наземный модуль. Хранение рабочей жидкости осуществляется в баке 49.

Итак, заявляемое изобретение обеспечивает высокую надежность работы перфоратора, автоматизацию настройки аппаратуры для работы на скважинах разных диаметров за счет применения модульной конструкции, соблюдается высокая точность перфорируемых отверстий вследствие надежности фиксации и расфиксации перфоратора в скважине за счет использования логической электрогидравлической системы. Преимуществом заявляемого сверлящего перфоратора является возможность регулирования угла наклона создаваемых перфорационных каналов, вследствие чего увеличится дебит перфорированной скважины.