ПРОКАЛЫВАЮЩИЙ ПЕРФОРАТОР С ОДНОЙ СТУПЕНЬЮ УСИЛЕНИЯ

Полезная модель относится к области нефтегазодобычи и может применяться для гидромеханического прокалывания насосно-компрессорной трубы (НКТ) при добыче углеводородов, при освоении, ремонте, запуске и выводе скважины на режим добычи.
Известен перфоратор для насосно-компрессорных труб (см. патент RU 2350740, МПК E21B 43/112, опубл. 27.03.2007), включающий корпус, состоящий из трех частей, в верхней и средней частях которого выполнены заполненные воздухом полости, в которых размещены поршни с плунжерами, и расположенная между полостями жидкостная камера, а в нижней части корпуса выполнена заполненная жидкостью камера, соединенная посредством канала с поршнем-пробойником и расположенной под ним воздушной камерой, под поршнем-пробойником перпендикулярно оси перфоратора расположен золотник, в котором со стороны канала выполнено сквозное вертикальное отверстие, соразмерное поперечному сечению канала, на другой стороне золотника установлен взаимодействующий с поршнем-пробойником поводок для перемещения золотника в горизонтальной плоскости, а на внутренней стенке корпуса закреплен взаимодействующий с золотником фрикционный элемент.
В известном перфораторе достижение пробивной способности осуществляется за счет применения двухступенчатого мультипликатора, что предполагает сложность конструкции, значительное количество деталей, увеличивает затраты времени на подготовку перфоратора к работе. Также усложняет конструкцию и снижает надежность срабатывания перфоратора применение в нем золотника с поводком и фрикционным элементом, слаженность работы которых в скважинных условиях имеет невысокую вероятность. Кроме того, конструктивное исполнение перфоратора не позволяет использовать его для перфорации НКТ с внутренними диаметрами, меньшими 48 мм.
Известен перфоратор для насосно-компрессорных труб (см. патент RU 2126496, МПК F04F 5/54, E21B 43/112, опубл. 20.02.1999), принятый за прототип и представляющий собой гидравлический двухступенчатый трансформатор, содержащий корпус из трех частей, в верхней и средней части которого выполнены заполненные воздухом полости и жидкостная камера и размещены поршни с плунжерами, а в нижней части корпуса выполнены жидкостная и воздушная камеры, сообщенные посредством дроссельного канала, и размещены опорные поршни и поршень-пробойник, сообщенные каналами с жидкостной камерой, при этом в поперечном сечении опорные поршни и поршень-пробойник выполнены с одинаковым диаметром, площадь поперечного сечения поршней составляет четыре площади поперечного сечения плунжера, а поршня-пробойника - две площади плунжера.
Данный известный перфоратор выполнен с двумя ступенями усиления и дополнен опорными поршнями, что увеличивает пробивную способность, но вместе с тем усложняет конструкцию, увеличивает длину и массу. К примеру, сборка перфоратора для НКТ-60 имеет длину 1845 мм и массу 14,5 кг. Диапазон применения известного перфоратора ограничен по глубине спуска и перфорирования (не более 2000 м) и по диаметру перфорируемых труб (не менее НКТ-60).
Технический результат предложенной полезной модели заключается в упрощении конструкции перфоратора, повышении надежности, увеличении его рабочего ресурса и расширении диапазона применения по глубине перфорирования и по диаметру прокалываемых труб.
Указанный технический результат достигается использованием совокупности признаков:
общих с признаками прототипа, таких как, наличие в корпусе перфоратора верхней и нижней частей, выполнение в верхней части корпуса полости, заполненной воздухом, и размещение в ней поршня с плунжером, выполнение в нижней части корпуса жидкостной и воздушной камер и размещение поршня-прокалывателя в полости между указанными камерами, сообщенной с жидкостной камерой каналом, а с воздушной камерой дроссельным отверстием,
и отличительных признаков, таких как, выполнение корпуса перфоратора не из трех, а из двух частей, то есть исключение средней части, размещение плунжера поршня, установленного в верхней части корпуса, непосредственно в жидкостной камере нижней части корпуса и выполнение соотношение площадей плунжера и прокалывателя с получением коэффициента мультипликации равным 9.
Выполнение корпуса из двух частей, верхней и нижней, и размещение плунжера поршня, установленного в верхней части, непосредственно в жидкостной камере нижней части позволяет создать перфоратор с одной ступенью усиления. Это обеспечивает в совокупности с выполнением плунжера и прокалывателя с соотношением площадей, создающим 9-кратное увеличение давления, существенное упрощение конструкции перфоратора, и вместе с тем обеспечивает достаточно высокую пробивную способность.
Ввиду отсутствия элементов, работающих в радиальном направлении, например, золотника или опорных поршней, как в представленных выше аналогах, предложенный перфоратор может иметь небольшой наружный диаметр и применяться для прокалывания труб с малыми диаметрами, например, НКТ-48, НКТ-42, НКТ-33, НКТ-27. Тем самым, расширяется диапазон применения перфоратора в трубах, прокалывание которых усложнено их малыми диаметрами.
Минимальное количество конструктивных элементов повышает прочность и надежность перфоратора, увеличивает его рабочий ресурс. Механическая прочность перфоратора позволяет использовать его в диапазоне глубин до 4000 м.
Перфоратор, предназначенный для прокалывания трубы диаметром 60 мм, при диаметре корпуса 43 мм имеет длину 670 мм и массу 6 кг, что существенно меньше аналогичных параметров для перфоратора, принятого за наиболее близкий аналог.
Управление срабатыванием перфоратора может производиться электрическим приводом или механическим приводом.
Предложенная полезная модель представлена на чертеже.
Прокалывающий перфоратор, имеющий одну ступень усиления, содержит корпус, состоящий из двух частей. В верхней части корпуса выполнена заполненная воздухом полость 1, в которой размещен поршень 2 с плунжером 3. В нижней части корпуса выполнены жидкостная камера 4 и воздушная камера 5. В полости 6 размещен поршень-прокалыватель 7. Полость 6 сообщена с жидкостной камерой 4 посредством канала (позицией не показан), а с воздушной камерой 5 - посредством дроссельного отверстия 8. Нижний конец плунжера 3 размещен в жидкостной камере 4, которая заполнена рабочей жидкостью, например, моторным маслом.
Прокалывающий перфоратор работает следующим образом.
Перфоратор опускают в колонну труб НКТ на скребковой проволоке, геофизическом кабеле или тросе.
При достижении заданной глубины перфоратор приводится в действие гидростатическим давлением столба жидкости, в результате чего поршень 2 перемещается вниз по полости 1, заполненной воздухом. Плунжер 3, перемещаясь вниз, вытесняет масло из жидкостной камеры 4. Масло поступает по каналу в полость 6 и толкает поршень-прокалыватель 7, который перемещается по полости 6 вовне и прокалывает стенку НКТ. Ввиду того, что коэффициент усиления мультипликатора равен 9, сила прокола на глубине, например, 1000 м составляет 5000 кгс.
Масло из полости 6 дросселируется через отверстие 8 в воздушную камеру 5. Давление масла в полости 6 снижается, и после того, как оно становится ниже гидростатического давления столба скважинной жидкости в трубе, поршень-прокалыватель 7 начинает обратный ход в исходное положение.
После завершения процесса прокалывания перфоратор поднимают из колонны НКТ на поверхность скважины и проводят подготовку к дальнейшей работе.