устройство для вскрытия пласта

Формула изобретения

Устройство для вскрытия пласта, содержащее корпус с продольным вырезом в стенке, подвеску корпуса в виде труб, режущий стержень, расположенный напротив продольных вырезов корпуса, управляющей и опорной втулок, размещенный с возможностью вращения в шаровом шарнире, узел вращения, представленный гидравлическим забойным двигателем, узел подачи режущего стержня, представленный шаровым шарниром в виде усеченного сверху и с боков шара, опирающегося на опорную втулку, и взаимодействующей с ним подпружиненной управляющей втулки, якорный узел, выполненный в виде гидравлически неуравновешанной втулки с шарнирно закрепленными на ней клиньями, узел передачи вращения в виде шарнирной передачи, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено узлом обратной связи в виде сужающего элемента, расположенного в кольцевом зазоре между управляющей втулкой и валом узла вращения, узлом прижатия устройства к стенке скважины в виде одного или двух тел вращения, расположенного в корпусе и в управляющей втулке противоположно продольному вырезу, а также в конструкцию шпинделя узла вращения введен упорный подшипник и узел подачи режущего стержня выполнен с возможностью восприятия перепада давления с узла обратной связи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для вскрытия пласта, не создающим деформации в приканальной зоне.

Известно устройство для вскрытия пласта, где вскрытие производится шарнирно закрепленным режущим стержнем (а.с. N 605938, E 21 B 43/114).

Устройство снабжено электродвигателем, гибким приводом, пружиной растяжения, гибкой нитью, шарнирно закрепленным патроном.

Недостатком данного устройства является его ограниченность по мощности двигателя и привода, отсутствие надежной фиксации на точке резания.

Известно также устройство для вскрытия пласта (патент N 2070958, E 21 B 43/11, прототип), содержащее корпус с продольным вырезом в стенке; подвеску корпуса в виде труб; режущий стержень, помещенный напротив продольных вырезов корпуса, управляющей и опорной втулок и размещенный с возможностью вращения в шаровом шарнире; узел вращения в виде гидравлического двигателя, узел передачи вращения в виде шарнирной передачи; узел подачи режущего стержня, представленный шаровым шарниром в виде усеченного сверху и с боков шара, опирающегося на опорную втулку, и взаимодействующей с ним подпружиненной управляющей втулки, якорный узел, выполненный в виде гидравлически неуравновешенной втулки с шарнирно закрепленными на ней клиньями.

Недостатками данного устройств является то, что отсутствует обратная связь параметров режима резания, что приводит к перегрузкам нижнего шарнира узла передачи вращения; выкрошиваются режущие кромки режущего стержня из-за неравномерного его прижима к стенке скважины; конструкция узла передачи вращения не обеспечивает постоянной угловой скорости режущего стержня при значительных углах его отклонения; используется серийный забойный гидравлический двигатель, предназначенный для работы с компенсацией осевого усилия разгрузкой на долото, и при резании перфорационного канала перфоратор отклоняется в противоположную стенку, тем самым уменьшая глубину канала.

Указанные выше недостатки устраняются предлагаемым устройством для вскрытия пласта, содержащее корпус с продольным вырезом в стенке, подвеску корпуса в виде труб, режущий стержень, расположенный напротив продольных вырезов корпуса, управляющей и опорной втулок и размещенный с возможностью вращения в шаровом шарнире, узел вращения, представленный гидравлическим забойным двигателем, узел подачи режущего стержня, представленный шаровым шарниром в виде усеченного сверху и с боков шара, опирающегося на опорную втулку, и взаимодействующей с ним подпружиненной управляющей втулки, якорный узел, выполненный в виде гидравлически неуравновешенной втулки с шарнирно закрепленными на ней клиньями, узел передачи вращения в виде шарнирной передачи, узел обратной связи в виде сужающего элемента, расположенного в кольцевом зазоре между управляющей втулкой и валом узла вращения, узел прижатия устройства к стенке скважины в виде одного или двух тел вращения, расположенного в корпусе и управляющей втулке противоположно продольному вырезу, кроме того, в конструкцию шпинделя узла вращения введен упорный подшипник, а узел подачи режущего стержня выполнен с возможностью восприятия перепада давления с узла обратной связи.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство для вскрытия пласта содержит корпус 1 с продольным вырезом в стенке, внутри которого расположены узел вращения 2, узел передачи вращения 3, узел подачи режущего стержня 4, узел прижатия 5 устройства к стенке скважины, узел обратной связи 6, режущий стержень 7, расположенный напротив продольных вырезов корпуса 1, управляющей 8 и опорной 9 втулок и закрепленный на радиальных подшипниках 10 в шаровом шарнире 11 узла подачи режущего стержня 4, а также подвеску 12 корпуса 1 в виде труб. Снаружи корпуса 1 расположен якорный узел 13. Узел вращения 2 жестко закреплен к корпусу 1 изнутри и представляет собой гидравлический забойный двигатель 14, где в конструкцию шпинделя 15 введен упорный подшипник 16 для разгрузки осевого усилия вала 17 гидравлического забойного двигателя 14.

Узел передачи вращения 3 представлен шарнирной передачей 18, передающей крутящий момент с вала 17 через шлицевое соединение на режущий стержень 7, при этом нижний шарнир 19 может быть заменен на ШРУС.

Узел подачи режущего стержня 4 состоит из находящейся в шлицевом зацеплении с корпусом 1 и подпружиненной тарельчатыми пружинами 20 управляющей втулки 8, имеющeй продольные вырезы для выхода режущего стержня 7 и для шарового шарнира 11, исключающиe пpоворот в горизонтальной плоскости, и горизонтальные пазы, взаимодействующие с пальцами 21 и воспринимающие на себя усилие от перепада давления на узле обратной связи 6, опорной втулки 9, жестко связанной с корпусом 1, и шарового шарнира 11, представляющего собой усеченный сверху и с боков шар, который взаимодействуют через пальцы 21 с прорезями управляющей втулки 8 и в котором расположен с возможностью вращения режущий стержень 7. Опорная втулка 9 имеет боковой вырез для выхода режущего стержня 7.

Якорный узел 13 представлен гидравлически неуравновешенной втулкой 22 с шарнирно расположенными на ней клиньями 23, взаимодействующими с конической поверхностью корпуса 1.

Узел прижатия 5 устройства к стенке скважины представляет собой одно или два тела вращения 24, он выдвигается при смещении управляющей втулки 8 вниз относительно корпуса 1 и расположен в корпусе и управляющей втулке противоположно продольному вырезу для выхода режущего стержня 7. Узел обратной связи 6 представлен сужающим элементом 25, например специальной шайбой, расположен в кольцевом зазоре между управляющей втулкой 8 и шлицевой частью вала 17, организует перепад давления в кольцевом зазоре для перемещения управляющей втулки 8.

Устройство работает следующим образом.

Устройство опускается на точку резания на трубах 12, соединяющихся с корпусом 1 устройства, устье герметизируется. При создании избыточного давления в трубах 12 гидравлическая неуравновешенная втулка 22 смещается вверх, зажимая клинья 23 между конической поверхностью корпуса 1 и стенкой скважины. При запуске гидравлического забойного двигателя 14 на холостом ходу вращение с вала 17 узла вращения 2 через шлицевое соединение и узел передачи вращения 3 передается на режущий стержень 7. При этом усилия от перепада давления на сужающем элементе 25 недостаточно для сжатия тарельчатых пружин 20 и перемещения управляющей втулки 8. Затем при увеличении расхода жидкости увеличивается перепад давления на сужающем элементе 25, и управляющая втулка 8 перемещается вниз, сжимая тарельчатые пружины 20. При этом выдвигается узел прижатия 5, прижимая устройство к противоположной стенке скважины. Одновременно с этим горизонтальные пазы в управляющей втулке 8 взаимодействуют с пальцами 21 шарового шарнира 11, опирающегося на опорную втулку 9, проворачивая шар вокруг горизонтальной оси. При этом вращающийся режущий стержень 7 выходит через продольные вырезы в опорной втулке, управляющей втулке 8 и корпусe 1 до соприкосновения со стенкой скважины.

В дальнейшем процесс резания происходит следующим образом. Pасход жидкости определяет частоту вращения вала 17 и усилие прижатия режущего стержня 7 к стенке скважины, т.е. при увеличении крутящего момента на режущем стержне 7 идет торможение гидравлического забойного двигателя 14 и уменьшение расхода жидкости, что ведет к уменьшению перепада давления на сужающем элементе 25 и уменьшению крутящего момента. При этом вновь увеличивается расход жидкости, ведущий к увеличению оборотов гидравлического забойного двигателя 14. Таким образом, режим резания целиком зависит только от расхода жидкости, задаваемой на поверхности. При максимальном выходе режущего стержня 7, ограниченном втулкой (на чертеже не показана), крутящий момент на гидравлическом забойном двигателе 14 падает, что отражается падением давления нагнетания при неизменном расходе жидкости. Цикл резания заканчивается, а устройство перемещается на новую точку резания, затем цикл повторяется.