гидромеханический скважинный перфоратор

Формула изобретения

1. Гидромеханический скважинный перфоратор, включающий корпус, выдвижной режущий инструмент в виде накатного диска, гидромониторную насадку, клиновой паз со съемными пластинами, расположенный под углом к оси устройства, ось накатного диска, которая выполнена ступенчатой с меньшим диаметром по концам и размещена в пазах, параллельных клиновому пазу, отличающийся тем, что устройство снабжено полым штоком-фильтром, расположенным в двух гидроцилиндрах, установленных герметично относительно друг друга, при этом нижний гидроцилиндр снабжен подпружиненным поршнем-толкателем, который выполнен с центральным и боковым гидроканалами и связан с осью накатного диска посредством двух фигурных пластин, контактирующих со съемными пластинами клинового паза, а клиновой паз выполнен съемным и установлен на корпусе устройства с возможностью скольжения по обсадной колонне, во время работы накатного диска, при этом концы оси накатного диска расположены в направляющих пазах боковых пластин, которые охватывают клиновой паз, фигурные пластины и накатный диск с двух сторон.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено срезным циркуляционным клапаном.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что гидромониторная насадка выполнена на поршне-толкателе и соединена с боковым гидроканалом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к бурению и эксплуатации скважин, в частности к устройству для создания перфорационных щелей в обсадных колоннах, цементном камне и горной породе.

Известно "Устройство для щелевой перфорации обсадной колонны", содержащее корпус с выдвижным режущим инструментом, выполненным в виде накатного ролика с одним или несколькими режущими дисками, подпружиненную консоль, связанную с осью накатного ролика и установленную с возможностью осевого перемещения, с противоположной стороны от накатного ролика помещены опорные ролики, устройство имеет гидроцилиндр, поршень которого подпружинен и соединен с подпружиненной консолью, на ней установлена гидромониторная насадка, которая гидравлически связывает полость колонны насосно-компрессорных труб с внешним пространством. Гидромониторная насадка ориентирована на рабочую зону формообразующей поверхности накатного ролика, корпус противонакатного ролика выполнен с пазом под ось накатного ролика (см. патент РФ 2039220, кл. Е 21 В 43/114).

Недостатком известного устройства является ненадежность в работе из-за быстрого изнашивания рабочих деталей перфоратора и сложности их замены. Так, при расхаживании колонны перфоратором происходит ускоренный износ и разрушение кулисы и оси, на которой смонтированы кулиса и накатный ролик, и оси, которая связывает консоль и кулису, т.к. они несут многотонные нагрузки. Замена осей и кулисы требует полной разборки устройства.

Общими признаками известного устройства с заявляемым является корпус с выдвижным режущим инструментом, выполненным в виде накатного ролика с режущим диском, гидроцилиндр, поршень которого подпружинен, гидромониторная насадка, которая гидравлически связывает полость колонны насосно-компрессорных труб с внешним пространством. Гидромониторная насадка ориентирована на рабочую зону формообразующей поверхности накатного ролика.

Наиболее близким по технической сущности с заявляемым изобретением является "Устройство для щелевой перфорации обсаженных скважин", содержащее корпус, выдвижной режущий инструмент в виде накатного диска, подпружиненную консоль, кулису, гидромониторную насадку, опорные ролики, пяту, которая шарнирно контактирует с кулисой и размещена между ней и консолью, соединенными осью. В корпусе устройства под углом к его оси выполнен клиновый паз, по краям которого установлены две съемные пластины, они взаимодействуют с ползунами, свободно сидящими на оси накатного диска между щек кулисы. Ось диска выполнена ступенчато с меньшим диаметром по концам и размещена в боковых пазах корпуса, параллельных клиновому пазу (см. патент РФ 2151858, кл. Е 21 В 43/114).

Недостатком известного устройства является сложность изготовления режущего узла и сложность конструкции, ограниченность диапазона использования устройства (только на больших диаметрах обсадных колонн), сложность замены изношенных деталей и очень высокое давление в полости режущего устройства и подвески труб во время работы накатного диска.

Общими признаками известного устройства с предлагаемым являются: корпус, выдвижной режущий инструмент в виде накатного диска, гидромониторная насадка, под углом к оси устройства выполнен клиновой паз со съемными пластинами, причем ось накатного диска выполнена ступенчатой с меньшим диаметром по концам и размещена в пазах, параллельно клиновому пазу.

Технической задачей изобретения является создание удобного в обслуживании, простого по конструкции, надежного в работе устройства с широким диапазоном использования.

Поставленная задача решается предлагаемым гидромеханическим скважинным перфоратором, включающим корпус, выдвижной режущий инструмент в виде накатного диска, гидромониторную насадку, клиновой паз со съемными пластинами, расположенный под углом к оси устройства, ось для накатного диска, которая выполнена ступенчатой с меньшим диаметром по концам и размещена в пазах, параллельных клиновому пазу.

Новым в устройстве является то, что оно снабжено полым штоком-фильтром, расположенным в двух гидроцилиндрах, установленных герметично относительно друг друга, при этом нижний гидроцилиндр снабжен подпружиненным поршнем-толкателем, который выполнен с центральным и боковым гидроканалами и связан с осью накатного диска посредством двух фигурных пластин, контактирующих со съемными пластинами клинового паза, а клиновой паз выполнен съемным и установлен на корпусе с возможностью скольжения по обсадной колонне во время работы накатного диска, при этом концы оси накатного диска расположены в направляющих пазах боковых пластин, которые охватывают клиновой паз, накатный диск и фигурные пластины с двух сторон, кроме того устройство снабжено срезным циркуляционным клапаном, а гидромониторная насадка выполнена на поршне-толкателе и соединена с боковым гидроканалом.

Анализ патентной и научно-технической литературы не выявил технических решений с подобной совокупностью существенных признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии критериям "новизна" и "существенные отличия" предлагаемого решения.

На фиг. 1 схематично представлено предлагаемое устройство в исходном положении, на фиг.2 - поперечный разрез по А-А.

Устройство содержит корпус, собранный из четырех частей: поз. 1, 2, 3, 4. Позиция 1 является верхним гидроцилиндром, в котором располагается подпружиненный пружиной 5 полый шток-фильтр 6 с поршнем 7, верхний гидроцилиндр 1 соединен с нижним гидроцилиндром 2, который снабжен средоразделителем 8 и служит опорой для пружины 5, расположенной на штоке-фильтре 6 в верхнем гидроцилиндре 1 и герметизирует верхний и нижний гидроцилиндры и шток-фильтр 6 между собой, нижний конец штока-фильтра 6 соединен с поршнем-толкателем 9 через крепление 10, имеющее посадочное гнездо под шаровой клапан, перекрывающий центральный промывочный канал 11 поршня-толкателя 9. Верхняя часть поршня-толкателя 9 (поршень) круглого сечения имеет устройство для фиксации нижнего конца пружины 12, верхний конец которой фиксируется устройством 13, размещенным в верхней части гидроцилиндра 2 под средоразделителем 8, а нижняя часть поршня-толкателя 9 имеет прямоугольное сечение. В поршне-толкателе выполнены два гидравлических канала: центральный - промывочный 11 с сбросным отверстием 12 и боковой 14, нижний конец которого оборудован гидромониторной насадкой 15. Центральная ось поршня-толкателя 9 имеет отверстие для оси 17, на которой расположены две фигурные пластины 19, которые соединены с осью накатного диска 23, при этом они контактируют с двумя съемными пластинами 25 съемного клинового паза 26, расположенного на основании 18 под углом к оси устройства в корпусе 3. В корпусе 3 имеется щель для размещения накатного диска. Концы меньшего диаметра оси 20 накатного диска 23 расположены в направляющих пазах 24 боковых пластин 21, при этом направляющие пазы боковых пластин выполнены параллельно направлению съемного клинового паза 26. Боковые пластины 21 установлены на основании 18 с помощью штифтов 22 и охватывают с двух сторон съемный клиновой паз 26, фигурные пластины 19 и накатный диск 23. Корпус 3 снабжен фиксирующей гайкой 28 и шайбой 27 для быстрой разборки и замены режущего узла устройства. Верхняя часть устройства снабжена срезным циркуляционным клапаном 29, корпус 4 которого соединен с верхним гидроцилиндром 1, клапан 29 фиксируют срезные штифты, установленные в креплении 30, корпус 4 срезного клапана является резьбовым переводником, служащим для подвески устройства на бурильных или насосно-компрессорных трубах в скважине.

Устройство работает следующим образом.

На колонне НКТ оно опускается в скважину к месту перфорации. 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 перфорации. Затем в полость труб опускают шар малого диаметра, который проходя через подвеску НКТ, срезной циркуляционный клапан 29 и полый шток-фильтр 6, опускается в посадочное седло крепления 10 штока-фильтра 6 и перекрывает центральный канал 11 поршня-толкателя 9, после этого создается в НКТ рабочее давление. При создании избыточного давления в полости труб жидкость воздействует на поршень 7, одновременно проходя через отверстия в фильтре 6 - воздействует на полость корпуса 2, перемещая поступательно поршень 7 и поршень-толкатель 9, одновременно растягивая пружину 12 и сжимая пружину 5, передвигаясь поступательно вдоль оси устройства, толкатель 9, через ось 17 выталкивает накатный режущий диск 23, закрепленный между фигурными пластинами 19 по направляющим пазам 24 пластин 21, в которые входят концы оси 20 накатного диска 23. Фигурные пластины 19, между которыми свободно установлен накатный диск 23, взаимодействуя со съемными пластинами 25 клинового паза 26, выталкивают накатный диск 23 до упора с эксплуатационной колонной, а клиновой паз своей тыльной поверхностью 18 в это же время упирается в противоположную от диска стенку эксплуатационной колонны. Создавая ступенчато давление в полости НКТ от 10-20-40-60-80 ат., увеличивают силу вдавливания накатного диска в эксплуатационную колонну. Накат щели производится попеременным перемещением устройства, находящегося под давлением вверх и вниз на длину щели. Щель в эксплуатационной колонне образуется за счет пластичности металла эксплуатационной колонны, который раскатывается диском. После образования щели в эксплуатационной колонне давление в полости труб поднимают и реализуется гидромониторный эффект струи. Струя жидкости, выходя через гидромониторную насадку 15, с большой скоростью разрушает своим напором цементный камень и породу за эксплуатационной колонной, намывает каверну по всей длине щели. При этом расстояние между гидромониторной насадкой и осью накатного ролика постоянно. После намыва каверны давление в трубах сбрасывают до атмосферного.

Под действием пружин 5 и 12 поршень-толкатель 9 втягивается в корпус 2 и возвращает в исходное положение весь режущий узел.

После этого в полость НКТ опускается шар большого диаметра, который садится в гнездо срезного циркулярного клапана 29. Подняв давление в трубах, производят срезку штифтов 30, фиксирующих передвижение клапана 29 вдоль оси устройства, и клапан 29 перемещается вниз, открывая промывочное устройство в корпусе.

После чего производят освоение или глушение эксплуатационной скважины или подъем устройства из нее.

Технико-экономическое преимущество предложения заключается в следующем:

1. За счет выполнения режущего узла съемным и разборным, его составные детали более просты в изготовлении и легко заменяемы.

2. За счет выполнения съемного направляющего клинового паза с большой площадью контакта с поверхностью скольжения обеспечивается надежный реактивный момент накатному диску во время его работы, т.е. не прогибается эксплуатационная колонна в случае отсутствия цементного камня за ней, что обеспечивает повышение надежности устройства при эксплуатации.

3. За счет выполнения рабочих деталей устройства многофункциональными, обеспечивается простота устройства и его надежность и технологичность: так поршень-толкатель выполняет функцию и поршня, и толкателя и кроме того обеспечивает подачу рабочей жидкости к гидромониторной насадке, которая перемещается вместе с ним, за счет чего расстояние между накатным диском и насадкой постоянно, что обеспечивает эффективность размыва каверны за эксплуатационной колонной.

4. За счет простоты конструкции устройства и многофункциональности деталей его расширяется диапазон использования устройства, т.е. оно может быть использовано для перфорации обсаженных скважин как малого, так и большого диаметров.

5. Оборудование устройства срезным циркуляционным клапаном позволяет производить подъем устройства из скважины на обычных скоростях, соответствующих весу инструмента, т.е. повышается технологичность устройства при ремонте и освоении скважины.

Устройство прошло пробное испытание при бурении новых скважин. Применение устройства снижает материальные затраты на освоение скважин.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР 1337513, кл. Е 21 В 43/114.

2. Патент РФ 2161697, кл. Е 21 В 43/114.

3. Авторское свидетельство СССР 2039220, кл. Е 21 В 43/114.

4. Патент РФ 2151858, кл. Е 21 В 43/114.