сверлящий скважинный перфоратор

Формула изобретения

Сверлящий скважинный перфоратор, включающий цилиндрический корпус, подвеску корпуса в виде каротажного кабеля, бур в виде полого стержня с фрезой на конце, узел вращения и узел подачи бура к стенке скважины и механизм прижатия корпуса к стенке скважины, отличающийся тем, что стержень бура выполнен в виде составных патрубков с соединительными элементами, размещенных в кассетах, и подаваемых к узлу подачи бура с помощью делителя, кинематически связанного с валом двигателя через редукторы, причем перфоратор снабжен узлом ориентированного поворота бура, размещенным внутри корпуса и выполненным, например, в виде мальтийских крестов, входное звено которого связано с узлом подачи бура, при этом часть корпуса с размещенными в нем узлами подачи бура, передачи вращения и узлом ориентированного поворота бура установлена с возможностью полного поворота вокруг центральной оси корпуса, кроме того, перфоратор снабжен также узлом промывки для подачи промывочной жидкости в зону разрушения породы буром через его полый стержень.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам, используемым при вторичном вскрытии продуктивных пластов, сначала перфорацией стенок обсадной колонны, а затем и породы пласта сверлением.

Известен сверлящий керноотборник типа СКМ-8-9 (см. статью Филиди Г.Н. и др. "Многоотборный сверлящий керноотборник СКМ-8-9, Нефтяное хозяйство, 1979, 2, с. 16-18), включающий комплект из скважинного прибора и наземной аппаратуры. Скважинный прибор-керноотборник состоит из взаимосвязанных механических, гидравлических и электрических систем. В корпусе керноотборника размещен электродвигатель, к которому подается постоянный ток по жилам каротажного кабеля. Электродвигатель через масляный насос создает давление в гидросистеме.

Бур, прижимной механизм и другие узлы приводятся в движение давлением масла или с помощью электродвигателя. Управление работой скважинного прибора осуществляется с пульта управления, размещенного на поверхности земли.

Известен также сверлящий скважинный перфоратор (см. патент РФ 2058477, 6 Е 21 В 43/114, опубл. БИ 11, 1996 г.), содержащий цилиндрический корпус, подвеску корпуса в виде каротажного кабеля, масляный насос, выдвижной бур и механизмы выдвижения бура и прижатия корпуса перфоратора к стенке скважины.

Указанное устройство по технической сущности более близко к предлагаемому и может быть принято в качестве прототипа.

Общим недостатком как аналога, так и прототипа является то, что они не позволяют создавать каналы перфорации необходимой глубины из-за конструктивных особенностей устройств. При этом глубина сверления не превышает диаметра скважины. Тогда как глубина проникновения фильтрата бурового раствора достигает до 1,5-2 м и более, что являясь экраном, резко снижает проницаемость пор коллектора и препятствует притоку продукции пласта в скважину и в результате низкий дебит скважины даже в самом начале ее эксплуатации.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства, позволяющего обеспечить сверление перфорационных каналов в породе пласта на глубину проникновения фильтрата бурового раствора и более, например до трех метров.

Поставленная задача решается описываемым сверлящим скважинным перфоратором, включающим цилиндрический корпус, подвеску корпуса в виде каротажного кабеля, бур в виде полого стержня с фрезой на конце, узел вращения и узел подачи бура к стенке скважины и механизм прижатия корпуса к стенке скважины.

Новым является то, что стержень бура выполнен в виде составных патрубков с соединительными элементами, размещенных в кассетах, и подаваемых к узлу подачи бура с помощью делителя, кинематически связанного с валом двигателя через редукторы, причем перфоратор дополнительно снабжен узлом ориентированного поворота бура, размещенным внутри корпуса и выполненным, например, в виде мальтийских крестов, входное звено которого связано с узлом подачи бура, при этом часть корпуса с размещенными в нем узлами подачи бура и передачи вращения, а также и узлом ориентированного поворота установлена с возможностью полного поворота вокруг центральной оси корпуса. Другим отличием является и то, что перфоратор снабжен узлом промывки для подачи промывочной жидкости в зону разрушения породы буром через полый стержень последнего.

Перечисленные отличительные признаки сверлящего скважинного перфоратора не являются идентичными и эквивалентными в сравнении со сходными признаками обнаруженных аналогов, в том числе и прототипа, и позволяют получить новый положительный эффект, не свойственный известным сверлящим скважинным перфораторам, заключающийся в получении перфорационного канала в породе любой заданной глубины, например до двух или трех метров, т.е. на глубину проникновения фильтрата буровых или цементных растворов, что позволяет сделать вывод о соответствии отличительных признаков критерию "существенные отличия" изобретения, а также о соответствии совокупности существенных признаков к критерию "изобретательский уровень".

Исследования по патентной, а также научно-технической литературе по фонду института "ТатНИПИнефть" показали, что вышеприведенная совокупность существенных признаков предложения является новой и ранее не использовалась, что в свою очередь позволяет сделать заключение о соответствии технического решения критерию новизны. А его промышленная применимость не вызывает сомнения и вытекает из описания конструкции перфоратора и его работы.

Устройство поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображена кинематическая схема утройства;

на фиг.2 - узел подачи бура и промывки и делитель составных патрубков;

на фиг.3 - разрез фиг.2, где показаны кассеты для хранения составных патрубков, составляющих стержень бура 2, а также шпиндель 8 для передачи вращения к буру 2;

на фиг. 4 - сечение по Е-Е фиг.3, где показано расположение кассет с размещенными в них патрубками;

на фиг. 5 - сечение фиг.2 по Д-Д, где показано расположение шпинделя подачи бура с размещенным внутри него полым валом, а также рама для подачи бура в поступательном направлении;

на фиг. 6 - сечение фиг.2 по Г-Г, где показан насос для осуществления промывки и связанный с ним профильный кулачок;

на фиг.7 - разрез фиг.2 по В-В, где показан узел вращения и подачи бура;

на фиг.8 - сечение фиг.7 по Б-Б, рама для подачи бура;

на фиг.9 - узел ориентированного поворота узла подачи бура.

Сверлящий скважинный перфоратор содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого расположен комплекс взаимосвязанных механических, гидравлических и электрических систем, а именно, узел вращения (см. фиг.1), узел подачи бура 2, узел передачи вращения, механизм прижатия корпуса к стенке скважины, узел ориентированного поворота бура, узел промывки и узел подачи составных патрубков. Кроме того, перфоратор снабжен подвеской 3 в виде каротажного кабеля, который одновременно служит для передачи питания к электродвигателю 4.

Узел вращения представляет собой электрический двигатель 4 с достаточным для эффективного резания колонны и породы скоростными и мощностными характеристиками.

Узел передачи вращения представляет собой кинематически связанные редукторы 5, 6, 7 и шпиндель 8.

Узел подачи бура к стенке скважины включает профильный кулачок 9, раму 10, которые связаны кинематически между собой и двигателем 4 через редукторы 5, 6, 7, 11, 12.

Узел подачи составных патрубков 13 бура включают кассеты 14 для хранения составных патрубков (фиг.7), фрезы 15 и делителя 16, кинематически связанного с валом двигателя 4 через редукторы 5, 6, 11, 12, 17, которые жестко связаны с возвратно-поступательным движением шпинделя 8.

Механизм прижатия корпуса к стенке скважины включает подпружиненные пружинами 18 и 19 конические гайки 20 и 21 с размещенными в них подпружиненными заякоривающими подвижными штифтами 22 и 23 соответственно.

Узел промывки для подачи промывочной жидкости включает насос 24, кинематически связанный с профильным кулачком 25 с помощью вала 26 (см. фиг.1 и 6). Насос гидравлически связан с полым стержнем бура 2 через полый вал 27 (см. фиг.3), полость А.

Узел ориентированного поворота бура (см. фиг.9), размещенный в корпусе, представляет из себя механизм мальтийских крестов, состоящих из несколько последовательно расположенных звеньев 28, 29, 30 и 31, входное звено 28 из которых кинематически связано с кулачком 9 узла подачи бура через редукторы 32, 12 и 11 с передаточным отношением 1:1, т.е. одному полному обороту входного звена соответствует один полный цикл узла подачи бура.

Следующее звено 29 совершает полный оборот, например, за 5 циклов, третье звено 30 - за 25 циклов, четвертое звено 31 - за 125 циклов. Последнее звено 31 через зубчатые колеса 33 и 34 связано с зубчатым колесом 35 корпуса 36, установленного на подшипниках 37 и 38. При этом передаточные отношения подобраны таким образом, что поворот корпуса 36, в котором размещен узел подачи бура, например, на 1/4 окружности происходит при повороте вышеуказанного звена, т. е. четвертого звена механизма мальтийского креста, на 1/5 его окружности, т. е. за один цикл работы узла подачи бура, соответствующий 125-му составному патрубку 13. Таким образом, узел ориентированного поворота бура считает циклы работы узла подачи бура и после каждого полного оборота четвертого звена 31 поворачивает узел подачи бура на 1/4 окружности относительно оси скважины и относительно кассеты 14 с загруженными в нее составными патрубками 13 бура (см. фиг.4 разрез по Е-Е).

Сам бур выполнен из составных патрубков 13 с соединительными элементами в виде муфты и ниппеля. Со стороны муфтовой части каждые составные патрубки 13, кроме того, имеют пазы под соответствующие выступы шпинделя 8 (пазы патрубков, а также выступы на фиг.4 не изображены).

Корпус 36 с размещенными в нем узлами вращения, подачи бура и поворота установлен с возможностью полного поворота вокруг центральной оси корпуса на подшипниках 37 и 38.

Сверлящий скважинный перфоратор работает следующим образом. Перфоратор в собранном виде спускают в скважину на каротажном кабеле 3 на заданную глубину в интервал продуктивного пласта. Затем с пульта управления, который находится на дневной поверхности, к электродвигателю 4 подают питание, т.е. его запускают в работу. При этом винты 39 и 40 через редукторы 5, 41 и 42 получают вращательное движение и начинают перемещать конические гайки 20 и 21. Последние в свою очередь, перемещаясь, выдвигают штифты 22 и 23, и в результате происходит фиксация корпуса 1 относительно стенки обсадной колонны, т.е. заякоривание. При этом гайки 20 и 21 выходят из зацепления с винтами 39 и 40 и удерживаются в подпружиненном состоянии пружинами 18 и 19. Далее через эти же винты вращение передается к редукторам 5, 6, 7, 11, 12 и далее к узлам вращения и подачи бура к стенке скважины через рамку 10 и кулачок 9. При этом одновременно с помощью профильного кулачка 25, вала 27, насоса 24 в полость А (см. фиг.7), затем в полость шпинделя 8 и далее через составной патрубок 13 к фрезе 15 бура подается промывочная жидкость. По мере вращения и подачи бура в поступательном направлении происходит выбуривание породы пласта. При углублении фрезы 15 бура на глубину одного составного патрубка 13, шпиндель 8 возвращается в исходное положение. Далее с помощью делителя 16 из кассеты 14 подается следующий составной патрубок, который захватывается шпинделем и своим вращательным движением соединяется с помощью ниппеля и муфты с предыдущим составным патрубком. Далее цикл повторяется.

Поскольку узел ориентированного поворота фрезы бура, выполненного, например, на базе механизма мальтийских крестов, ведет подсчет циклов работы узла подачи бура, то после сверления на заданную глубину, при котором из одной кассеты будут использованы все составные патрубки полностью, происходит поворот корпуса 36, установленного на подшипниках 37 и 38 на заданный угол. При этом шпиндель 8 подводится под следующую кассету с составными патрубками 13 и фрезой 15 бура. После этого процесс сверления следующего канала продолжается аналогично вышеописанным циклам. По окончании сверления каждого канала на заданную глубину на пульт управления об этом поступает информация. Таким образом, после сверления необходимого количества каналов двигатель включают на реверс и гайки 20 и 21 захватываются винтами 39 и 40 и освобождают штифты 22 и 23, возвращая их в исходное положение, происходит расфиксация корпуса. Далее перфоратор поднимают на поверхность.

Технико-экономическое преимущество изобретения заключается в следующем. Использование предлагаемого перфоратора позволяет получить каналы фильтрации максимальной глубины, что обеспечит ускорение освоения скважины, увеличение дебита скважины, вышедшей из бурения. Кроме того, его использование в малодебитных эксплуатируемых скважинах, где другие способы обработки призабойной зоны не дали положительных результатов, позволит не только восстановить, но и увеличить дебит скважины. Применение перфоратора в нагнетательных скважинах с целью улучшения проницаемости даст также ощутимые экономические выгоды.