гидромеханический скважинный перфоратор

Формула изобретения

Гидромеханический скважинный перфоратор, включающий составной корпус, переводник с зафиксированным в нем срезным элементом, циркуляционным клапаном, режущий узел с накатным роликом и скользящей опорой в виде лыжи, расположенной с противоположной стороны от накатного ролика, полый шток, расположенный в двух герметично разделенных относительно друг друга гидроцилиндрах и жестко связанный с подпружиненным поршнем, размещенным в верхнем гидроцилиндре, и поршнем-толкателем, размещенным в нижнем гидроцилиндре, отличающийся тем, что в нижней части переводника размещен ловитель циркуляционного клапана, скользящая опора режущего узла снабжена твердосплавными элементами, шток оснащен компенсаторной втулкой, герметично разделяющей гидроцилиндры и размещенной в разделительной стенке корпуса с возможностью радиального перемещения в ней, при этом торцевые поверхности скольжения компенсаторной втулки снабжены уплотнительными элементами, поршень верхнего гидроцилиндра подпружинен парой пружин, между которыми и поршнем верхнего гидроцилиндра размещена опорная тарелка с возможностью скольжения своей верхней торцевой поверхностью относительно нижней торцевой поверхности поршня, а в нижнем гидроцилиндре размещена пружина сжатия, опорами которой служат, соответственно, снизу кольцо корпуса, а сверху кольцо штока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к бурению и эксплуатации скважин, в частности к устройствам для создания перфорационных щелей в обсадных колоннах.

Известен «Гидромеханический скважинный перфоратор» (полезная модель №36027, Е21В 43/114, 2004 г.), содержащий корпус, выдвижной режущий инструмент в виде накатного ролика, механизм подачи режущего инструмента, выполненного в виде двух гидроцилиндров, установленных герметично относительно друг друга, и в которых размещены соответственно в нижнем гидроцилиндре - поршень-толкатель, а в верхнем гидроцилиндре - подпружиненный по меньшей мере двумя пружинами поршень, причем поршень-толкатель и поршень жестко соединены полым штоком.

Недостатком этого устройства является возможность заклинивания во время его работы механизма подачи режущего инструмента из-за возможной несоосности жесткой системы «поршень-толкатель» - «полый шток» - «поршень» относительно их направляющих, также жесткой системы - внутренних цилиндрических поверхностей цилиндров и отверстия в их разделителе. Кроме этого, во время работы пары пружин на поршне возникают крутящие моменты, воздействующие на механизм подачи режущего инструмента, что влияет на нестабильность работы устройства.

Известно «Устройство для щелевой перфорации обсадной колонны» (патент RU №2180038, Е21В 43/114, 2000 г.), включающее режущий узел с выдвижным накатным роликом с формообразующей поверхностью, скользящую опору в виде лыжи, жестко соединенной с корпусом устройства.

Недостатком этого устройства является быстрый износ опорной поверхности скольжения лыжи, на которую во время работы устройства воздействуют достаточно большие усилия, направленные радиально на внутреннюю поверхность обсадной колонны и вызывающие большие сипы трения скольжения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является «Гидромеханический скважинный перфоратор» (патент RU №2182221, Е21В 43/114, 2001 г.), содержащий корпус, срезной циркуляционный клапан, выдвижной режущий инструмент в виде наказного диска, полый шток-фильтр, расположенный в двух гидроцилиндрах, установленных герметично относительно друг друга, при этом нижний гидроцилиндр снабжен подпружиненным поршнем-толкателем, а верхний гидроцилиндр - подпружиненным поршнем, которые жестко связаны с штоком-фильтром.

Недостатком устройства является то, что после среза циркуляционного клапана неизбежно свободное падение его на поршень верхнего гидроцилиндра, что в дальнейшем приводит к заклиниванию механизма подачи режущего инструмента. Кроме этого, применение пружины растяжения, расположенной в нижнем гидроцилиндре, приводит к сложности монтажа и демонтажа ее во время ремонтных работ.

Поставленная задача решается предлагаемым гидромеханическим скважинным перфоратором, включающим составной корпус, переводник с циркуляционным клапаном, режущий узел с накатным роликом и скользящей опорой в виде лыжи, расположенной с противоположной стороны от накатного ролика, полый шток, расположенный в двух герметично разделенных относительно друг друга гидроцилиндрах, и жестко связанный с подпружиненным поршнем верхнего гидроцилиндра и с подпружиненным поршнем-толкателем нижнего гидроцилиндра.

Новым в устройстве является то, что в нижней части переводника размещен ловитель циркуляционного клапана, скользящая опора режущего узла снабжена твердосплавными элементами, гидроцилиндры герметично разделены посредством компенсаторной втулки штока, размещенной в разделительной стенке корпуса с возможностью радиального перемещения в ней, при этом между парой пружин и поршнем верхнего гидроцилиндра размещена опорная тарелка с возможностью скольжения своей верхней торцовой поверхностью относительно нижней торцовой поверхности поршня, а в нижнем гидроцилиндре размещена пружина сжатия, опорами которой служат соответственно снизу - кольцо корпуса, а сверху - кольцо штока.

На чертеже представлено предлагаемое устройство в исходном положении.

Устройство содержит составной корпус 1 с верхним гидроцилиндром 2 и нижним гидроцилиндром 3, разделенными стенкой 4 с компенсаторной втулкой 5, скользящую опору 6 с твердосплавными элементами 7, накатной ролик 8, установленный в направляющих 9 и шарнирно соединенный с фигурными пластинами 10. В гидроцилиндрах 2 и 3 расположен шток 11, который жестко связан с поршнем 12, подпружиненным парой пружин 13 и 14, и поршнем-толкателем 15, который, в свою очередь, шарнирно соединен с фигурными пластинами 10. Компенсаторная втулка 5 размещена в разделительной стенке 4 с возможностью радиального перемещения в ней относительно оси устройства в пределах заданного зазора между ними, причем, с целью обеспечения герметичности между полостями гидроцилиндров, торцовые поверхности скольжения втулки 5, сопрягаемые с внутренними торцовыми поверхностями разделительной стенки 4, и внутренняя цилиндрическая поверхность скольжения, сопрягаемая с штоком 11, снабжены уплотнительными элементами.

Между пружинами 13 и 14 и поршнем 12 размещена опорная тарелка 16, а в нижнем гидроцилиндре 3 размещена пружина сжатия 17, опорами которой служат соответственно снизу - кольцо 18 корпуса 1, а сверху - кольцо 19 штока 11.

К корпусу 1 присоединен переводник 20 с циркуляционным клапаном 21, который зафиксирован в переводнике срезным элементом 22 и под которым размещен его ловитель 23.

Устройство присоединено к подъемным трубам (НКТ) 24.

Устройство работает следующим образом.

На колонне НКТ оно спускается в скважину к месту перфорации. После промывочных операций в НКТ создают рабочее давление, при этом рабочая жидкость воздействует на поршень 12 гидроцилиндра 2 и одновременно через полость штока 11 - на поршень-толкатель 15 гидроцилиндра 3, перемещая их поступательно вниз вдоль оси устройства, сжимая пружины 13, 14 и 17. При этом шток 11, перемещаясь в осевом направлении относительно компенсационной втулки 5, в результате возможной несоосности жесткой системы «поршень-толкатель» - «шток» - «поршень» относительно их направляющих, также жесткой системы, внутренних поверхностей гидроцилиндров 2 и 3, смещается в радиальном направлении. Компенсационная втулка 5 соответственно перемещается в том же направлении относительно разделительной стенки 4, выбирая, в свою очередь, радиальный зазор между собой.

Поршень-толкатель 15, воздействуя через фигурные пластины 10, перемещает накатной ролик 8 по направляющим 9 до упора в эксплуатационную колонну. В это же время скользящая опора 6 корпуса 1 упирается в противоположную от ролика стенку эксплуатационной колонны. Увеличивая ступенчато давление в полости НКТ, соответственно увеличивают силу вдавливания накатного ролика в эксплуатационную колонну, накат щели производят попеременным перемещением устройства вверх и вниз на длину щели.

После окончания работ по щелеобразованию в обсадной колонне и сброса давления осуществляют посадку сбросного шара 25 на седло циркуляционного клапана 21. Затем поднимают давление в трубах, после чего срезные элементы 22 разрушаются, а циркуляционный клапан 21 опускается на ловитель 23, при этом открывается сообщение полости НКТ с затрубным пространством скважины.

После сброса давления осуществляют подъем устройства на поверхность скважины.

Источники информации

1. Полезная модель РФ 36027, кл. Е21В 43/114.

2. Патент РФ №2180038, кл. Е21В 43/114.

3. Патент РФ №2182221, кл. Е21В 43/114.