УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВТОРИЧНОГО ВСКРЫТИЯ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам, применяемым при вторичном вскрытии продуктивных пластов механической обработкой.
Известно режущее устройство для образования выреза вблизи скважины, пересекающей подземный пласт, содержащее рычаг пилы, шарнирно соединенный с корпусом с возможностью поворота между первым положением, в котором рычаг пилы расположен по существу параллельно продольной оси корпуса, и вторым положением, в котором рычаг пилы расположен в направлении от продольной оси корпуса, бесконечную цепь, снабженную режущими элементами и окружающую рычаг пилы, и приводное средство, заставляющее цепь обегать вокруг рычага пилы, приводное средство содержит гидравлический двигатель, подвижно установленный внутри корпуса с возможностью в ответ на прилагаемое к нему гидравлическое давление перемещаться вдоль корпуса вместе с поворачивающим механизмом, заставляя тем самым рычаг пилы поворачиваться во второе положение, и имеется пружинный механизм, заставляющий рычаг пилы поворачиваться обратно в первое положение при отсутствии гидравлического давления на двигатель (патент на изобретение RU № 2137912, опубл. 20.09.1999 г.).
К недостатку известного устройства следует отнести низкую надежность. Указанный недостаток проявляются в том, что из-за вертикальных перемещений устройства в скважине, вызываемых растяжением насосно-компрессорных труб под действием давления закачиваемой рабочей жидкости, в связи с отсутствием фиксирующего приспособления корпуса к стенке скважины, произойдет разрушение режущего элемента и самой цепи, что приведет к аварии.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для вторичного вскрытия продуктивного пласта механической обработкой, включающее корпус с размещенным в нем узлом бурения, в котором установлен привод для вращения и подачи бурового приспособления, механизмы фиксации корпуса к стенке ствола скважины, подвеску корпуса в виде каротажного кабеля, при этом, буровое приспособление в устройстве выполнено в виде шины и кинематически связанной с узлом бурения, звездочки на ее конце, соединенном с ползуном, связанным с узлом бурения и установленным в направляющих, прикрепленных к корпусу и расположенных вдоль него, причем вокруг шины расположен гибкий рабочий орган, а в шине выполнен продольный направляющий паз, в котором размещена каретка, установленная на оси, прикрепленной к корпусу (патент на изобретение RU № 2322572, опубл. 20.04.2008 г.) - прототип.
Недостатками данного устройства являются то, что в случае отказа электродвигателя в электроприводе, буровое приспособление не сможет вернуться в корпус прибора, т.е прибор заякорится в сформированном канале, что не позволит извлечь прибор из скважины, это приведет к аварии, так как для того, чтобы затянуть буровое приспособление в исходное положение требуется включение реверса подачи электропривода. Так же для принудительного возврата бурового приспособления в корпус (сложить его) при подъеме устройства из скважины невозможно, из-за специфической геометрии радиуса пропила. Кроме того, подача бурового приспособления жесткая и постоянная, осуществляется винтовой парой через электродвигатель, что может привести к поломке бурового приспособления при встрече с твердой породой пласта. Также аварийная ситуация в скважине создается если рабочий орган (цепь) затупится. Попадание твердых частиц, образующихся при разрушении стенок обсадной трубы и горной породы при прорезании канала, на резьбу винтовой пары, может привести к заклиниванию гайки, что так же не позволит вернуть буровое приспособление в исходное положение.
Технической задачей полезной модели является повышение надежности устройства, обеспечение возможности безопасного извлечения устройства из скважины.
Техническая задача решается тем, что заявляемое устройство для вторичного вскрытия продуктивного пласта механической обработкой включает корпус с размещенным в нем приводом для вращения и подачи бурового приспособления, последнее выполнено в виде шины с гибким рабочим органом, в шине выполнен продольный направляющий паз, шина снабжена ведущей звездочкой, буровое приспособление кинематически связано с приводом, корпус снабжен механизмом для фиксации к стенке ствола скважины, при этом, буровое приспособление шарнирно закреплено на корпусе, в устройстве дополнительно установлена гидросистема, состоящая из насоса, гидроцилиндра с подпружининным штоком, клапана предельного давления и емкости для масла, насос кинематически связан с приводом и соединен с гидроцилиндром с подпружиненным штоком, который через клапан предельного давления соединен с емкостью для масла, а шток гидроцилиндра выполнен с возможностью перемещения в пазу шины.
Привод может быть выполнен гидравлическим или электрическим. В случае выполнения привода гидравлическим, устройство спускают в скважину на шлангокабеле. В выполнения привода электрическим, устройство спускают в скважину на геофизическом кабеле.
Сравнение заявляемого изобретения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:
- буровое приспособление шарнирно закреплено на корпусе;
- в устройстве дополнительно установлена гидросистема, состоящая из насоса, гидроцилиндра со штоком, клапана предельного давления и емкости для масла;
- насос гидросистемы кинематически связан с приводом;
- насос гидросистемы соединен с гидроцилиндром со штоком;
- шток гидроцилиндра выполнен с возможностью перемещения в пазу шины.
Поэтому можно предположить, что заявляемая полезная модель соответствует критерию «новизна».
Устройство может быть изготовлено на стандартном оборудовании с использованием известных технологических процессов, поэтому оно соответствует критерию «промышленная применимость».
Следует отметить, что, в отличие от прототипа, в заявляемом устройстве поворот бурового приспособления из продольного положения в поперечное относительно ствола скважины, осуществляется не жестко (механический), а гидравлический, что обеспечивает возможность регулирования процесса. Заявляемая конструкция исключает возможность поломки бурового приспособления при встрече с твердой породой или при затуплении режущих кромок цепи, т.к. в этом случае цепь будет вращаться, а усилие на поворот бурового приспособления для проходки не превысит критического уровня, что обеспечивается за счет применения гидравлической контролируемой подачи на поворот бурового приспособления с использованием клапана предельного давления. В конструкции по прототипу при попадании бурового приспособления на твердую породу или затупления рабочего органа, проходка уменьшится, а поскольку механизм подачи бурового приспособления в пласт жесткий и постоянный, то осевое усилие на шину резко увеличится, что приведет к неминуемой аварии из-за поломки бурового приспособления или разрыва замкнутого гибкого рабочего органа. Заявляемая конструкция обеспечивает возможность беспрепятственного возвращения бурового приспособления в исходное транспортное положение даже при поломке двигателя привода, что осуществляется за счет: возвратной пружины гидроцилиндра; воздействия давления на шток столба жидкости, находящейся в скважине; разряжения, создаваемого в гидравлической емкости. Дополнительно, принудительный возврат бурового приспособления в корпус обеспечивается при поднимании устройства в скважине на геофизическом кабеле (шина складывается), все это исключает заклинивание устройства в скважине, снижает вероятность аварий при работе. Возможность использования в заявляемом устройстве взаимозаменяемых гидравлического и электрического приводов, делает прибор универсальным, что позволяет использовать его как в горизонтальных скважинах, спуская на шлангокабеле, так и в вертикальных, спуская на геофизическом кабеле.
На Фиг.1 схематично изображено устройство с использованием электропривода и, например, шестеренной передачи от ведущего вала; на Фиг.2 схематично изображена площадь и радиус пропила, обеспечиваемого устройством по прототипу, обозначенной буквой «Д» и заявляемого устройства, обозначенного буквой «Г».
Устройство содержит спускаемый на геофизическом кабеле 1 корпус 2, в котором размещен электропривод 3 с выходным валом 4. Вал 4 кинематически связан с насосом 5 и ведущей звездочкой 6 бурового приспособления 7 шарнирно закрепленного осью 8 на корпусе 2. Буровое приспособление 7 выполнено в виде шины 9. Вокруг шины 9 с ведущей звездочкой 6 находится замкнутый гибкий рабочий орган 10, выполненный в виде алмазированной или армированной твердосплавными пластинами цепи (на Фиг.1 показана условно), в шине 9 выполнен продольный направляющий паз 11, в котором установлена ось 12, соединенная со штоком 13 гидроцилиндра 14. В гидроцилиндре 14 установлена возвратная пружина 15. Так же в корпусе 2 размещен механизм фиксации 16 корпуса 2 к внутренней стенке эксплуатационной колонны 17. Механизм фиксации 16 выполнен в виде гидроцилиндра 18, штока 19 и возвратной пружиной 20.
Насос 5 соединен гидравлической линией 21 с емкостью для масла 22 и гидравлической линией 23 с полостями гидроцилиндров 14 и 16. Гидроцилиндр 14 снабжен клапаном предельного давления 24. Так же в корпусе 2 имеется индикатор перемещения (не показан), информирующий о положении бурового приспособлении 7, в момент формирования канала 25 (Фиг.2). Вращение ведущей звездочки 6 для перемещения гибкого рабочего органа 9 и работы насоса 5, может осуществляться посредством как гидравлического, так и электрического привода. В случае с гидроприводом, устройство спускают на шлангокабеле, с электроприводом на геофизическом кабеле.
Устройство работает следующим образом.
Устройство спускают в скважину к интервалу перфорации, в случае с электроприводом, на геофизическом кабеле 1. Затем, подают ток к электродвигателю электропривода 3, вращающий момент от которого, через выходной вал 4 передается кинематически связанной с ним ведущей звездочке 6 и рабочему органу 10 бурового приспособления 7. Одновременно от вала 4 приводится в движение кинематически связанный с ним насос 5. Насос 5 перекачивает масло из емкости 22 по гидравлической линии 21 в полость гидроцилиндра 18 механизма фиксации 16 и в полость гидроцилиндра 14 по гидравлической линии 23. Шток 19 механизма фиксации 16 выдвигается, сжимая возвратную пружину 20, фиксируя корпус 1 с внутренней стенкой обсадной колонны 17. Одновременно, в полости гидроцилиндра 14 давление масла, создаваемое насосом 5, достигает 8-10 МПа, осевое усилие выдвигает шток 13, сжимая возвратную пружину 15. Ось 12 штока 13, перемещается по направляющему продольному пазу 11 шины 9 к оси 8, на которой шарнирно закреплен один конец бурового приспособления 7. Взаимодействие рабочей поверхности направляющего продольного паза 11 и оси 12 позволяет отклонить другой ее конец в сторону стенки эксплуатационной колонны 17, постепенно изменяя положение шины 9 и рабочего органа 10 бурового приспособления 7 из продольного положение в поперечное относительно ствола скважины. При этом рабочий орган 10 бурового приспособления 7 врезается сначала в стенку эксплуатационной колонны 17 и далее в горную породу за ней, образуя канал 25 (Фиг.2).
По мере выдвижения бурового приспособления 7, объем полости гидроцилиндра 14 заполняется маслом, при этом объем масла в емкости 22 уменьшается на соответствующую величину. В емкости 22 создается разряженная среда.
В случае возникновения избыточного давления в гидроцилиндре 14, при пропиливании твердой породы или при затуплении цепи, для поддержания заданного давления, срабатывает клапан предельного давления 24. Сигнал о перемещении бурового приспособления 7 из осевого в поперечное положение, передает индикатор перемещения (не показан) по геофизическому кабелю 1 на приемный аппарат, расположенный на устье, т.е. показывает величину проходки (аппарат не показан).
Возвращение в исходное положение бурового приспособления 7 и раскрепление механизма фиксации 16 от стенки колонны 17, происходит следующим образом.
После получения информации от индикатора перемещения, что буровое приспособление 7 повернулось на необходимый градус, отключают питание от электродвигателя электропривода 3. При этом насос 5 останавливается, масло, находящееся под давлением 8-10 МПа в полостях гидроцилиндров 14 и 18, стремится в емкость 22, т.к. давление в ней на уровне 0,1-0,2 МПа или еще меньше. Так же для возврата штоков 13 и 19, в исходное положение, воздействует усилие на них гидростатического давления столба жидкости в скважине и усилие возвратных пружин 15 и 20. Так же для возврата бурового приспособления 7 в исходное положение достаточно приподнять устройство на геофизическом кабеле 1 вверх.
После окончания работы, устройство перемещают на следующий интервал перфорации. Цикл повторяют.
При использовании гидропривода, прибор спускают на шлангокабеле. Затем для вращения гидродвигателя гидропривода, к нему подают рабочую жидкость под давлением. В остальном процесс аналогичен.
Заявляемая полезная модель позволяет повысить надежность устройства для вторичного вскрытия пласта механической обработкой, за счет применения гидравлической контролируемой подачи на поворот шины, обеспечение возможности безопасного извлечения устройства из скважины.