РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ СКВАЖИННЫХ ПЕРФОРАТОРОВ

Полезная модель относится к оборудованию нефтяных и газовых промыслов и может быть использована для создания перфорационных щелей в обсадных трубах, цементном камне и горной породе.
Известно устройство для перфорации обсадных труб по авторскому свидетельству СССР №947398, Е21В 43/144, где режущий выдвижной инструмент изготовлен в виде режущей фрезы.
Недостатком устройства является быстрое изнашивание фрезы (выкрашивание зубьев): фреза, дойдя до цементного камня в затрубном пространстве, не режет цемент, зубья фрезы выкрашиваются. Кроме того, изготовление фрезы (вырезание профиля зуба и его заточка) сложная, трудоемкая и дорогостоящая операция.
э
Известен также гидромеханический скважинный перфоратор по патенту России №2182221, Е21В 43/144, содержащий выдвижной режущий инструмент в виде накатного ролика. Накатной ролик выполняется из инструментальной стали и имеет профиль с углом заострения режущей кромки 90°. Твердость ролика составляет 48...52 HRС.
э
э
Недостатком является низкая надежность и эффективность накатного ролика. Инструментальные стали в средах нефтяных скважин склонны к охрупчиванию и коррозионному растрескиванию. Это не позволяет повышать твердость ролика выше 48...52 НRС. Накатной ролик работает при значительной нагрузке, поэтому для обеспечения необходимой прочности режущей кромки при твердости 48...52 НRС угол ее заострения должен быть не менее 90°. Это затрудняет внедрение режущей кромки ролика в металл трубы. В результате для образования щели в обсадной трубе и в затрубном пространстве таким роликом необходимо
сделать много накаток (движений вверх, вниз), что приводит к быстрому смятию и выкрашиванию режущей кромки ролика.
Наиболее близким по достигаемому положительному эффекту является гидромеханический скважинный перфоратор (патент ПМ №30159 РФ, МПК 7Е21В 43/11), содержащий накатной ролик, на режущей кромке которого выполнены радиальные канавки, расположенные по окружности. Канавки на режущей кромке ролика создают ее переменный профиль, что обеспечивает переменное удельное давление на разрушаемый материал. В результате металл обсадной трубы разрушается более интенсивно.
э
Недостатком является коррозионное растрескивание накатного ролика под действием коррозионной среды и переменного удельного давления, приводящее к его разрушению. Склонность металла ролика к охрупчиванию не позволяет повышать его твердость более 48...52 НRC, при этом угол заострения режущей кромки из соображений прочности должен быть не менее 90°.
Технической задачей полезной модели является повышение стойкости накатного ролика за счет нанесения на его поверхность диффузионного никель-медного покрытия.
Техническим результатом является повышение прочности, снижение хрупкости металла инструмента и снижение усилия резания при перфорации щелей в обсадных трубах.
Поставленная задача решается предлагаемым накатным роликом, который, в отличие от известного, содержит на поверхности диффузионное никель-медное покрытие, полученное путем диффузионного насыщения в расплаве эвтектики свинец-литий с добавкой меди и никеля. Расплав эвтектики свинец-литий содержит по массе 5...12% меди и 2...4% никеля. Температура диффузионного насыщения составляет 1000...1200°С.
Полученное никель-медное покрытие обладает вязкостью, способностью упрочняться под действием удельного давления и коррозионной стойкостью, что препятствует коррозионному расстрескиванию и выкрашиванию режущей кромки накатного ролика и его хрупкому разрушению при перфорации щелей в обсадных трубах, цементном камне и горной породе.
э
Снижение хрупкости накатного ролика за счет нанесения никель-медного покрытия позволяет увеличить твердость металла основы до 56...61 HRC. Более прочная и твердая основа в свою очередь позволяет уменьшить угол заострения режущей кромки до 60...75°.
Для большего раскрытия перфорационной щели в обсадной трубе рабочая часть накатного ролика выполнена состоящей из режущей и формирующей частей, которые имеют разные углы заострения. Режущая часть с углом заострения 60...75°, образующим режущую кромку, обеспечивает разрезание металла обсадной трубы, а следующая за ней формирующая часть с углом 35...45° обеспечивает раскрытие перфорационной щели.
Острый угол режущей кромки способствует интенсивному внедрению накатного ролика в металл обсадной трубы и снижению усилия резания.
Пример. На фиг.1 представлен накатной ролик, состоящий из режущей части 1, формирующей части 2 и ступицы 3. Угол заострения режущей части ролика составляет 70°, а угол заострения формирующей части 40°. На поверхность накатного ролика с целью повышения коррозионной стойкости и снижения хрупкости наносят диффузионное покрытие.
Процесс производят в ванне с расплавом эвтектики свинец-литий содержащим по массе 5...12% меди и 2...4% никеля. Температура расплава
э
составляет 1020°С. Накатной ролик, выполненный из стали Х12МФ, диаметром 114 мм и толщиной 16 мм на оправке погружают в расплав и выдерживают в изотермических условиях при 1020°С в течение 2 ч. После выдержки накатной ролик извлекают из ванны, подвергают закалке в инертных газах и отпуску при 250°С. В результате предложенной обработки на поверхности накатного ролика получают беспористое никель-медное покрытие толщиной 30...40 мкм при твердости основы 56...61 НRC.
э
Наличие никель-медного покрытия на поверхности ролика обеспечивает его защиту от коррозионного растрескивания. Основа с твердостью 56...61 НRC препятствует смятию режущей кромки. В результате стойкость ролика возрастает в 2...3 раза. Угол заострения режущей кромки ролика составляющий 70° обеспечивает интенсивное внедрение накатного ролика в металл обсадной трубы, что позволяет повысить производительность процесса перфорации в 1,5...2 раза.