ПЕРФОРАТОР ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ЩЕЛЕВОЙ РЕЖУЩЕГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к области нефтедобычи, в частности, к конструкциям щелевых перфораторов, и может быть использована для создания перфорационных щелей в обсадных колоннах, цементном камне и горной породе при вторичном вскрытии продуктивных горизонтов как в обсаженных, так и в необсаженных скважинах.
Известен перфоратор гидромеханический щелевой [1], который состоит из корпуса, размещенного в нем поршня-толкателя и двух режущих инструментов в виде установленных на оси режущих дисков (накатных валиков) с механизмом их выдвижения для выполнения двух диаметрально расположенных щелей в колонне. Механизм выдвижения дисков включает смонтированное на центральной оси коромысло, в плечах которого в отверстиях установлены оси режущих дисков. Коромысло выполнено с возможностью поворота при перемещении поршня-толкателя.
Недостатком указанного известного перфоратора является необходимость приложения большого усилия (давления) для создания щели в колонне, ввиду того, что при этом процессе накатной ролик продавливает металл. Это приводит к большим трудо- и энергозатратам.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности является гидромеханический щелевой перфоратор [2], содержащий корпус, размещенный в нем поршнь-толкатель с гидравлическим центральным каналом и двумя боковыми гидроканалами, оборудованными гидромониторными насадками, два выдвижных режущих инструмента (накатных ролика), обеспечивающих возможность выполнения двух диаметрально расположенных щелей в колонне, каждый из которых установлен на отдельной оси и снабжен механизмом
выдвижения. Указанный механизм выдвижения содержит смонтированное на центральной оси с возможностью поворота коромысло, в плечах которого установлены оси режущих инструментов, и содержит установленный на нижней части поршня-толкателя двойной клин. Указанный известный перфоратор позволяет исключить затраты времени на его разворот на 180° для наката второй щели и не требует дополнительных спуско-подъемных операций.
Однако известный перфоратор не лишен недостатков, а именно:
- быстрый износ накатного ролика;
- большое сопротивление при продавливании щели;
- необходимость создания больших давлений рабочей жидкости;
- большая продолжительность проведения операции.
Указанные недостатки снижают производительность работы перфоратора.
Технический результат, обеспечиваемый предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении производительности работ перфоратора за счет улучшения условий резки и обработки щелей и снижения при этом энерго- и трудозатрат, при одновременном сокращении времени производства работ.
Указанный технический результат обеспечивается предлагаемым перфоратором гидромеханическим щелевым режущего действия, включающим корпус, размещенный в нем поршень-толкатель с гидравлическим центральным каналом, два выдвижных режущих инструмента, обеспечивающих возможность выполнения двух диаметрально расположенных щелей в колонне, каждый из которых установлен на отдельной оси и снабжен механизмом выдвижения, включающим смонтированное на центральной оси с возможностью поворота коромысло, в плечах которого установлены упомянутые оси
режущих инструментов, и взаимодействующий с поршнем-толкателем клин, при этом новым является то, что перфоратор снабжен двумя одинарными отклоняющими клиньями, клиновидная поверхность которых служит направляющими для коромысла, в плечах которого установлены оси режущих инструментов, при этом один из упомянутых клиньев взаимодействует с поршнем-толкателем и является клином-поршнем, а второй - установлен автономно, выполнен подпружиненным и зеркально установлен ниже первого клина, в качестве режущего инструмента перфоратор содержит фрезу с затылованными зубьями, угол заточки режущей кромки которых составляет величину близкую или равную 90°, а режущая кромка снабжена твердым покрытием, при этом гидравлический центральный канал поршня-толкателя снабжен двумя отводящими гидроканалами, сопряженными с указанным центральным каналом по плавной образующей без угловых перегибов, а упомянутые отводящие гидроканалы снабжены в свою очередь гидромониторными насадками, рабочий канал которых выполнен в виде усеченного конуса, плавно переходящего в цилиндрическую часть, причем стенки у основания указанного конуса, расположенного у входной кромки канала, выполнены с кривизной.
Вышеприведенный технический результат достигается за счет следующего.
Благодаря тому, что в качестве режущего инструмента перфоратор содержит фрезу с затылованными зубьями, угол заточки режущей кромки которых составляет величину близкую или равную 90°, обеспечивается принцип прорезывания щели (т.е. при образовании щели происходит снятие стружки с тела колонны), а не принцип выдавливания щели, как у прототипа. При прорезывании не нарушается геометрия колонны, размеры щели постоянны и сам процесс перфорации происходит легче и быстрее. В это время как при продавливании (как у прототипа) возникает эффект пружины за счет возникновения остаточных напряжений, в результате чего
размеры щели будут уменьшаться после вывода из нее режущего инструмента. То есть эффект от перфорации будет ниже запланированного. Указанный недостаток и устраняет предлагаемая конструкция перфоратора.
Кроме того, благодаря указанным конструктивным особенностям зубьев фрезы («с затылованными зубьями, угол заточки режущей кромки которых составляет величину близкую или равную 90°, а режущая кромка снабжена твердым покрытием»), исключается их выкрашивание при резьбе и обеспечивается надежность и долговечность фрезы.
Благодаря тому, что заявленный перфоратор снабжен двумя одинарными отклоняющими клиньями, клиновидная поверхность которых служит направляющими для коромысла, к концам которого прикреплены фрезы, при работе обеспечивается гарантированное плавное выдвижение фрез, что исключает поломки и повышает надежность работы перфоратора в целом.
Установление отклоняющих клиньев в зеркальной проекции друг к другу служит для обеспечения диаметрального выдвижения фрез.
Благодаря тому, что отводящие гидроканалы перфоратора сопряжены с гидравлическим центральным каналом поршня-толкателя по плавной образующей без угловых перегибов, исключается потеря мощности струи при гидромониторной промывке.
А выполнение рабочего канала гидромониторной насадки в виде усеченного конуса, плавно переходящего в цилиндрическую часть и выполнение при этом стенки у основания упомянутого конуса с кривизной, обеспечивает усиление энергии струи на выходе из гидромониторной насадки, то есть обеспечивает повышение степени размыва породы при тех же расходах жидкости и электроэнергии, что и у прототипа.
Указанные выше преимущества обеспечивают повышение производительности работы предлагаемого перфоратора и его надежности.
Заявляемый перфоратор иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид перфоратора; на фиг.2 - фреза в продольном разрезе; на фиг.3 - гидромониторная насадка в продольном разрезе.
Предлагаемый перфоратор содержит корпус 1, в котором размещен поршень-толкатель 2 с гидравлическим центральным каналом 3 и отводящими гидроканалами 4, оборудованными гидромониторными насадками 5. Причем отводящий гидроканал 4 сопряжен с каналом 3 по плавной образующей без угловых перегибов. Также в корпусе 1 расположены две выдвижные фрезы (режущие инструменты) 6 и 7, обеспечивающие возможность выполнения двух диаметрально расположенных щелей в колонне. Указанные фрезы 6 и 7 установлены на отдельных осях 8 и 9 соответственно и снабжены механизмом выдвижения, состоящим из закрепленного на корпусе 1 с возможностью поворота коромысла 10, в плечах которого установлены оси 8 и 9 фрез 6 и 7, и из двух зеркально установленных друг по отношению к другу по продольной оси одинарных отклоняющих клиньев 11 и 12, клиновидная поверхность 13 и 14 которых служит направляющими для режущего узла, в частности, для коромысла 10. При этом клин 11 взаимодействует с поршнем-толкателем 2 и является клином-поршнем 11, а второй клин 12 является направляющим и выполнен подпружиненным возвратной пружиной 15.
Фрезы 6 и 7 выполнены с затылованными зубьями 16 (фиг.2), угол заточки α режущей кромки 17 которых составляет величину близкую или равную 90°. При этом режущая кромка 17 снабжена сверхтвердым покрытием, нанесенным, например, методом борирования.
Наряду с указанным, предложенный перфоратор содержит гидромониторную насадку 5 определенной конструкции, рабочий канал которой выполнен в виде усеченного конуса 18 (фиг.3), плавно переходящего в цилиндрическую часть 19, а стенки у основания
упомянутого конуса 18, расположенного у входной кромки канала, выполнены с кривизной.
Заявляемый перфоратор работает следующим образом.
После окончания спуска на колонне труб в скважину перфоратор устанавливается в требуемом месте по длине ствола. Создают давление в гидроцилиндре (в конструкции предлагаемого перфоратора возможно установление последовательно двух гидроцилиндров, в случае необходимости создания повышенного давления), под действием которого поршень-толкатель 2 начинает поступательно перемещаться, воздействуя одновременно на клин-поршень 11, который также опускается вниз. Его клиновидная поверхность 13, являющаяся направляющей для одного плеча коромысла 10, к которому прикреплена фреза 6, начинает выдвижение последней из корпуса 1, при этом коромысло 10 поворачивается, его второе плечо вместе с фрезой 7 движется по направляющей - клиновидной поверхности 14 клина 12, благодаря чему фреза 7 выдвигается из корпуса 1 диаметрально противоположно фрезе 6 до упора с обсадной колонной. Производят прорезывание щели попеременным перемещением перфоратора вверх-вниз на длину щели. После образования щелей в обсадной колонне давление поднимают и реализуется гидромониторный эффект струи, которая при выходе из гидромониторной насадки 5 размывает цементный камень и породу пласта, намывая каверну по всей длине щели. После намыва каверны давление сбрасывается. Поршень-толкатель 2 при этом втягивается в гидроцилиндр, клин-поршень 11 также идет вверх, происходит поворот коромысла 10 и возврат клина 12 (за счет возвратной пружины 15) в исходное положение, благодаря чему фрезы 6 и 7 возвращаются в корпус 1. Далее перфоратор перемещают в продольном направлении на требуемую величину шага вскрытия (шага перфорации) и процесс повторяют сначала.
Преимущества предлагаемого перфоратора перед прототипом заключаются в повышении его производительности за счет осуществления
процесса фрезерования (прорезывания) щели и усиления гидромониторного воздействия, а также в повышении надежности за счет гарантированной работы всех взаимосвязанных узлов (особенно режущего узла) и исключения нестабильной пульсирующей работы гидромониторной насадки. Благодаря этому повышается эффективность работы предлагаемого перфоратора в целом.
Источники информации:
1. Патент РФ №2249678, кл Е 21 В 43/112, опубл. 2005 г.
2. Патент РФ №2247226, кл Е 21 В 43/112, опубл. 2005 г.