ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПЕРФОРАТОР (ВАРИАНТЫ)
SLOT PERFORATOR (VERSIONS)

Предлагаемая группа изобретений относится к области бурения и эксплуатации скважин, в частности к конструкции гидромеханических перфораторов для вскрытия продуктивных пластов, и может быть использована при строительстве и ремонте скважин различного назначения.
Известно большое количество гидромеханических устройств для перфорации скважин, способ работы которых основан на трансформации давления рабочей жидкости, подаваемой в устройство по насосно-компрессорным трубам (НКТ), в механическую энергию, направленную на выдвижение рабочих инструментов (пробойников, резцов, режущих дисков и др.), вскрывающих эксплуатационную колонну (RU 2069741 C1, МПК E21B 43/112, 27.11.1996; RU 2274732 C1, МПК E21B 43/112, 20.04.2006; RU 2348797 C1, МПК E21B 43/112, 10.03.2009; RU 115407 U1, МПК E21B 43/114, 27.04.2012). При эксплуатации этих устройств, как правило, возникают проблемы, связанные с решением следующих технических задач: экономия ресурса насосных агрегатов, повышение производительности перфораторов, повышение надежности перфораторов, снижение износа деталей. Предлагаемая группа изобретений направлена на решение указанных технических задач.
Известно устройство для создания перфорационных каналов в обсадной колонне скважины по патенту RU 2395671 C1, МПК E21B 43/112, 27.07.2010, принимаемое за прототип. Устройство включает трубчатый и опорный корпуса, соединенный с опорным корпусом цилиндр, в котором размещен рабочий поршень с возвратной пружиной и клиновым толкателем, оснащенным рабочими резцами, которые выполнены с возможностью продольного перемещения относительно клинового толкателя под действием опорного корпуса, золотниковый механизм с корпусом, установленный выше цилиндра, и дополнительная возвратная пружина, причем трубчатый корпус соединен с поршнем с возможностью ограниченного продольного перемещения, отличающееся тем, что цилиндр выше опорного корпуса снабжен внутри кольцевым упором, поршень - наружным кольцевым выступом, а возвратная пружина установлена между наружным выступом поршня и кольцевым упором цилиндра, причем трубчатый корпус оснащен выше кольцевого выступа поршня упором, а дополнительная возвратная пружина установлена между упором и поршнем внутри цилиндра, при этом корпус золотникового механизма жестко соединен с трубчатым корпусом и снабжен сверху седлом клапана, а снизу - негерметичным внутренним упором, причем клапан поджат к седлу корпуса золотникового механизма от внутреннего упора пружиной, рассчитанной на удержание столба жидкости, действующего на клапан в интервале перфорации.
Для удобства сборки и разборки соединение корпуса золотникового механизма и трубчатого корпуса может быть выполнено разъемным (например, на резьбах). Количество цилиндров и соответствующих им рабочих поршней подбирают из необходимого усилия для вскрытия обсадной колонны скважины: чем толще стенка обсадной колонны, тем большее количество цилиндров с рабочими поршнями необходимо использовать. Несанкционированные перетоки жидкости в устройстве исключаются уплотнениями.
Устройство по прототипу обладает высокой пробивающей способностью, достаточной мощностью и эффективно вскрывает колонну, однако оно имеет следующие недостатки:
1. Производительность устройства за один рабочий цикл ограничивается двумя перфорационными отверстиями.
2. При необходимости использования большого количества гидроцилиндров с поршнями для развития большего усилия вскрытия ускоряется износ деталей, на которых концентрируется усилие, создаваемое гидроцилиндрами, повышается вероятность деформации и излома механизма передачи усилия на рабочие инструменты, снижается надежность перфоратора.
3. При работе устройства на повышенных давлениях необходим повышенный ресурс насосных агрегатов, что приводит к удорожанию работ по перфорации.
4. При работе на повышенных давлениях также увеличивается нагрузка на НКТ, что может привести к разгерметизации НКТ и к созданию аварийной ситуации.
Предлагаемая группа изобретений позволяет в значительной степени устранить эти недостатки. Технический результат предлагаемой группы изобретений включает:
1. Повышение производительности гидромеханического перфоратора без увеличения нагрузки на насосные агрегаты и на НКТ.
2. Экономию ресурса насосных агрегатов без снижения производительности перфоратора.
3. Повышение надежности гидромеханического перфоратора за счет снижения скорости износа деталей перфоратора, в особенности деталей, передающих усилие, создаваемое гидроцилиндрами, на рабочие инструменты, например, клиновых толкателей, снижение вероятности деформации и поломки этих деталей.
Указанный многоаспектный технический результат в предлагаемой группе изобретений достигается за счет усовершенствования систем распределения усилий, подаваемых на рабочие инструменты перфоратора.
Гидромеханический перфоратор содержит корпус, размещенный в корпусе рабочий гидроцилиндр с механизмом передачи усилия на расположенный под ним рабочий узел перфоратора с рабочими инструментами. Здесь и далее по тексту описания координаты «верх-низ», «выше-ниже» определяются исходя из вертикального положения перфоратора, которое прибор обычно принимает в вертикальной скважине, будучи спущенным туда на колонне НКТ.
Согласно изобретению, перфоратор снабжен дополнительным гидроцилиндром и механизмом передачи усилия на рабочий узел, размещенными в корпусе ниже рабочего узла с возможностью создания этим нижним гидроцилиндром дополнительного усилия, направленного вверх оппозитно усилию, создаваемому гидроцилиндром, расположенным выше рабочего узла. При этом усилие, создаваемое нижним гидроцилиндром, обеспечивается действием на него жидкости, поступающей к нему под давлением через гидросистему, выполненную в перфораторе.
Благодаря дополнительному гидроцилиндру и механизму передачи усилия на рабочий узел, размещенному в корпусе ниже рабочего узла, создающему оппозитное усилие на рабочий узел снизу, обеспечивается увеличение мощности перфоратора без увеличения нагрузки на насосный агрегат и НКТ, при этом усилие на рабочий узел распределяется и выравнивается, отсутствие повышенной концентрации усилия на верхних деталях рабочего узла ведет к увеличению срока службы деталей, к уменьшению их износа. Распределение усилия позволяет увеличить количество рабочих инструментов рабочего узла, тем самым повысив производительность перфоратора, либо при том же количестве рабочих инструментов сократить нагрузку на насосный агрегат и, соответственно, уменьшить себестоимость работ по перфорации.
Согласно второму предлагаемому варианту исполнения изобретения, гидромеханический перфоратор, содержащий корпус, размещенные в корпусе, по меньшей мере, два рабочих гидроцилиндра, рабочий узел с одним или более рабочими инструментами, а также механизм передачи усилия от гидроцилиндров на рабочий узел, снабжен дополнительным рабочим узлом с одним или более рабочими инструментами, расположенным оппозитно под первым, а гидроцилиндры с механизмами передачи усилия на рабочие узлы размещены в корпусе оппозитно друг другу выше верхнего рабочего узла и ниже нижнего рабочего узла с возможностью создания гидроцилиндрами оппозитно направленных усилий на рабочие узлы, при этом усилие, создаваемое нижним гидроцилиндром (гидроцилиндрами), обеспечивается действием на него (них) жидкости, поступающей к нему (ним) под давлением через гидросистему, выполненную в перфораторе.
Второй вариант исполнения изобретения также позволяет распределить и выровнять усилия, подаваемые на рабочие узлы, с достижением того же технического результата, что в первом варианте, а также позволяет увеличить производительность перфоратора за счет снабжения его дополнительными рабочими узлами.
Согласно третьему из предлагаемых вариантов исполнения изобретения, гидромеханический перфоратор, содержащий корпус, размещенные в корпусе, по меньшей мере, два рабочих гидроцилиндра, рабочий узел с одним или более рабочими инструментами, а также механизм передачи усилия от гидроцилиндров на рабочий узел, снабжен, по меньшей мере, одним дополнительным рабочим узлом с механизмом передачи усилия на него, при этом дополнительный рабочий узел расположен последовательно под первым рабочим узлом, а гидроцилиндры размещены в корпусе последовательно над каждым из рабочих узлов с возможностью создания гидроцилиндрами индивидуальных усилий на рабочие узлы, при этом усилие, создаваемое гидроцилиндрами обеспечивается действием на них жидкости, поступающей к ним под давлением через гидросистему, выполненную в перфораторе.
Третий вариант исполнения изобретения позволяет повысить производительность перфоратора за счет снабжения его как минимум одним дополнительным рабочим узлом и при этом распределить усилия, подаваемые на рабочие узлы, повысить надежность перфоратора за счет размещения над каждым рабочим узлом индивидуального гидроцилиндра. В отличие от прототипа, предполагающего последовательное расположение гидроцилиндров одного под другим и расположение рабочего узла под совокупностью гидроцилиндров, третий из предлагаемых вариантов изобретения за счет наличия гидросистемы сообщения гидроцилиндров позволяет размещать гидроцилиндры под рабочим узлом и, следовательно, дает возможность размещать под дополнительными гидроцилиндрами дополнительные рабочие узлы с подачей на каждый из них индивидуального усилия. Количество гидроцилиндров и соответствующих им рабочих узлов может быть любым, оно ограничивается только ресурсом используемых насосных агрегатов и прочностными характеристиками используемых НКТ. Производительность перфоратора находится в прямо пропорциональной зависимости от количества рабочих узлов перфоратора.
Согласно четвертому из предлагаемых вариантов исполнения изобретения, гидромеханический перфоратор, содержащий корпус, размещенную в корпусе, по меньшей мере, одну рабочую единицу, включающую гидроцилиндр, рабочий узел с одним или более рабочими инструментами и механизм передачи усилия от гидроцилиндра на рабочий узел, снабжен, по меньшей мере, двумя дополнительными рабочими единицами, расположенными ниже первой рабочей единицы оппозитно ей либо оппозитно друг другу с возможностью создания гидроцилиндрами индивидуальных усилий на рабочие узлы, при этом усилие, создаваемое гидроцилиндрами, обеспечивается действием на них жидкости, поступающей к ним под давлением через гидросистему, выполненную в перфораторе.
Четвертый вариант исполнения изобретения также позволяет повысить производительность перфоратора за счет снабжения его как минимум двумя дополнительными рабочими узлами, при этом обеспечивается возможность распределить и выровнять усилия, подаваемые на рабочие узлы, а также дополнительно повысить надежность перфоратора за счет подачи индивидуального усилия на каждый рабочий узел. Предполагается, что количество рабочих единиц, включающих гидроцилиндр, рабочий узел с одним или более рабочими инструментами и механизм передачи усилия от гидроцилиндра на рабочий узел, может быть любым, оно ограничивается только ресурсом используемых насосных агрегатов и прочностными характеристиками используемых НКТ.
Устройство по любому из вариантов исполнения может иметь рабочие инструменты различной конфигурации: режущие диски, резцы, пробойники (пуансоны). В частности, хорошо зарекомендовали себя рабочие инструменты в виде пробойников.
Для обеспечения центрирования перфоратора в скважине при выполнении перфорации, а также для обеспечения глубины проникновения рабочего инструмента в колонну при вскрытии, рабочий узел устройства по любому из четырех вариантов исполнения изобретения может содержать, по меньшей мере, один упор, расположенный диаметрально по отношению к рабочему инструменту, либо диаметрально вектору суммы сил нескольких рабочих инструментов.
Устройство по любому из вариантов исполнения благодаря наличию гидросистемы может быть снабжено гидромониторными насадками, что позволяет непосредственно после перфорации осуществлять гидромониторную обработку призабойной зоны пласта (ПЗП).
Во втором, третьем и четвертом вариантах исполнения изобретения, содержащих как минимум два рабочих узла, рабочие инструменты рабочих узлов могут быть расположены один под другим или под углом друг к другу, что достигается, например, различными фазировками рабочих узлов.
Заявляемое устройство в некоторых возможных видах его исполнения представлено на фигурах 1-7:
На фиг.1 - возможный вид устройства по первому варианту исполнения изобретения в продольном разрезе в рабочем положении, где:
1 - корпус 1,
2 - рабочий гидроцилиндр,
3 - механизм передачи усилия,
4 - рабочий узел перфоратора,
5 - рабочие инструменты,
6 - гидросистема, выполненная в перфораторе.
На фиг.2 - возможный вид устройства по второму варианту исполнения изобретения в продольном разрезе в рабочем положении, рабочие узлы снабжены упорами, расположенными диаметрально по отношению к рабочим инструментам, где:
1 - корпус 1,
2 - рабочий гидроцилиндр,
3 - механизм передачи усилия,
4 - рабочий узел перфоратора,
5 - рабочие инструменты,
6 - гидросистема, выполненная в перфораторе,
7 - упоры.
На фиг.3 - возможный вид устройства по третьему варианту исполнения изобретения в продольном разрезе в рабочем положении, каждый рабочий узел содержит два рабочих инструмента в виде диаметрально ориентированных пробойников, имеются гидромониторные насадки, где:
1 - корпус 1,
2 - рабочий гидроцилиндр,
3 - механизм передачи усилия,
4 - рабочий узел перфоратора,
5 - рабочие инструменты,
6 - гидросистема, выполненная в перфораторе,
8 - гидромониторные насадки.
На фиг.4 - возможный вид устройства по четвертому варианту исполнения изобретения в продольном разрезе в рабочем положении с расположением режущих инструментов под углом в 180 градусов друг к другу, где:
2 - рабочий гидроцилиндр,
4 - рабочий узел перфоратора,
5 - рабочие инструменты,
6 - гидросистема, выполненная в перфораторе,
9 - рабочая единица.
На фиг.5 - возможный вид устройства по четвертому варианту исполнения изобретения в продольном разрезе в рабочем положении с расположением режущих инструментов под углом в 180 градусов друг к другу, где:
2 - рабочий гидроцилиндр,
3 - механизм передачи усилия,
5 - рабочие инструменты,
6 - гидросистема, выполненная в перфораторе,
9 - рабочая единица.
На фиг.6 - возможный вид устройства по четвертому варианту исполнения изобретения в продольном разрезе в рабочем положении с односторонне ориентированным расположением режущих инструментов, где:
2 - рабочий гидроцилиндр,
4 - рабочий узел перфоратора,
5 - рабочие инструменты,
6 - гидросистема, выполненная в перфораторе,
9 - рабочая единица.
На фиг.7 - возможный вид устройства по четвертому варианту исполнения изобретения в продольном разрезе в рабочем положении с односторонне ориентированным расположением режущих инструментов, где:
2 - рабочий гидроцилиндр,
4 - рабочий узел перфоратора,
5 - рабочие инструменты,
6 - гидросистема, выполненная в перфораторе,
9 - рабочая единица.
Гидромеханический перфоратор по первому варианту исполнения (фиг.1) содержит корпус 1, размещенный в корпусе 1 рабочий гидроцилиндр 2 с механизмом 3 передачи усилия на расположенный под ним рабочий узел 4 перфоратора с рабочими инструментами 5. Перфоратор снабжен дополнительным гидроцилиндром 2, размещенным в корпусе 1 ниже рабочего узла 4 с возможностью создания этим нижним гидроцилиндром 2 дополнительного усилия, направленного вверх оппозитно усилию, создаваемому гидроцилиндром 2, расположенным выше рабочего узла 4. При этом усилие, создаваемое нижним гидроцилиндром 2, обеспечивается действием на него жидкости, поступающей к нему под давлением через гидросистему 6, выполненную в перфораторе.
Гидромеханический перфоратор по второму варианту исполнения (фиг.2) содержит корпус 1, размещенные в корпусе 1, по меньшей мере, два рабочих гидроцилиндра 2, рабочий узел 4 с одним или более рабочими инструментами 5, а также механизм 3 передачи усилия от гидроцилиндров 2 на рабочий узел 4. Перфоратор снабжен дополнительным рабочим узлом 4 с одним или более рабочими инструментами 5, расположенным оппозитно под первым, а гидроцилиндры 2 с механизмами 3 передачи усилия на рабочие узлы 4 размещены в корпусе 1 оппозитно друг другу выше верхнего рабочего узла 4 и ниже нижнего рабочего узла 4 с возможностью создания гидроцилиндрами 2 оппозитно направленных усилий на рабочие узлы 4, при этом усилие, создаваемое нижним гидроцилиндром (гидроцилиндрами) 2, обеспечивается действием на него (них) жидкости, поступающей к нему (ним) под давлением через гидросистему 6, выполненную в перфораторе. Рабочие узлы 4 могут быть снабжены упорами 7, расположенными диаметрально по отношению к рабочим инструментам 5.
Гидромеханический перфоратор по третьему варианту исполнения (фиг.3) содержит корпус 1, размещенные в корпусе 1, по меньшей мере, два рабочих гидроцилиндра 2, рабочий узел 4 с одним или более рабочими инструментами 5, а также механизм 3 передачи усилия от гидроцилиндров 2 на рабочий узел 4. Перфоратор снабжен, по меньшей мере, одним дополнительным рабочим узлом 4 с механизмом 3 передачи усилия на него, при этом дополнительный рабочий узел 4 расположен последовательно под первым рабочим узлом 4, а гидроцилиндры 2 размещены в корпусе 1 последовательно над каждым из рабочих узлов 4 с возможностью создания гидроцилиндрами 2 индивидуальных усилий на рабочие узлы 4, при этом усилие, создаваемое гидроцилиндрами 2, обеспечивается действием на них жидкости, поступающей к ним под давлением через гидросистему 6, выполненную в перфораторе. Перфоратор может быть снабжен гидромониторными насадками 8.
Гидромеханический перфоратор по четвертому варианту исполнения (фиг.4-7) содержит корпус 1, размещенную в корпусе 1, по меньшей мере, одну рабочую единицу 9, включающую гидроцилиндр 2, рабочий узел 4 с одним или более рабочими инструментами 5 и механизм 3 передачи усилия от гидроцилиндра 2 на рабочий узел 4. Перфоратор снабжен, по меньшей мере, двумя дополнительными рабочими единицами 9, расположенными ниже первой рабочей единицы 9 оппозитно ей либо оппозитно друг другу с возможностью создания гидроцилиндрами 2 индивидуальных усилий на рабочие узлы 4, при этом усилие, создаваемое гидроцилиндрами 2, обеспечивается действием на них жидкости, поступающей к ним под давлением через гидросистему 6, выполненную в перфораторе. Рабочие инструменты 5 рабочих узлов 4 могут быть расположены один под другим (фиг.6-7) или под углом друг к другу (фиг.4, 5), что достигается, например, различными фазировками рабочих узлов 4.