ПЕРФОРАТОР СКВАЖИННЫЙ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ЩЕЛЕВОЙ

Полезная модель относится к области бурения и эксплуатации нефтяных, газовых и нагнетательных скважин, а именно к устройству для вторичного вскрытия пластов путем создания продольных перфорационных щелей в обсадных (эксплуатационных) колоннах и формирования фильтрационных каналов в призабойной зоне пласта.
Из уровня техники известны устройства для щелевой перфорации обсадных колонн, основанные на использовании выдвижного накатного режущего инструмента. Такое устройство раскрыто, например, в RU 2151858 С1, 27.06.2000, RU 2180038 C1, 27.02.2002, в US 4119151 A1, 10.10.1978. Описываемые устройства отличаются в основном конструкцией механизма крепления и выдвижения режущего инструмента.
Основным недостатком приведенных устройств является быстрый износ рабочих деталей, в том числе элементов, на которых крепится накатной ролик, сложность замены режущего инструмента, при которой требуется полная разборка устройства, а также недостаточная мощность прорезания.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого устройства можно считать гидромеханический скважинный перфоратор по патенту RU 2182221 C1, МПК 7 Е21В 43/114, 10.05.2002. Перфоратор содержит корпус, режущий инструмент в виде накатного диска, гидромониторную насадку, полый шток-фильтр, два гидроцилиндра (верхний и нижний) и поршень-толкатель с гидроканалами, связанный с осью накатного диска, расположенной в направляющих пазах боковых пластин, которые охватывают клиновой паз, содержащий съемные пластины. Его составные детали просты в изготовлении и легко заменяемы.
Однако перфоратору данной конструкции не хватает усилий для прорезания эксплуатационной колонны малого диаметра из-за недостаточной мощности гидроцилиндров.
Задачей предлагаемого решения является улучшение технологичности, повышение производительности процесса работы и надежности перфоратора, и, в конечном счете, повышение эффективности работы всей системы.
Технический результат, который обеспечивается решением приведенной задачи, заключается в получении значительного дополнительного усилия для формирования перфорационных щелей, что позволяет формировать продольные щели в эксплуатационных колоннах любого диаметра, имеющих более высокие прочностные и механические свойства. Предлагаемый перфоратор более универсальный и обеспечивает высокую скорость работы.
Указанный технический результат достигается тем, что в перфораторе скважинном гидромеханическом щелевом, содержащим корпус, герметично установленные относительно друг друга верхний гидроцилиндр и нижний гидроцилиндр с размещенным в нем поршнем-толкателем, связанным с узлом выдвижения режущего инструмента, верхний гидроцилиндр состоит из, по меньшей мере, двух секций в виде гидроцилиндров, размещенных последовательно в контакте друг с другом, каждый из которых содержит поршень со штоком, имеющим центральный канал, и средоразделитель, установленный с возможностью образования камеры между ним и поршнем последующего гидроцилиндра.
Дополнительное усилие, создаваемое составным верхним гидроцилиндром, позволяет формировать перфорационные щели в стенках колонн, имеющих повышенную прочность, а также малый диаметр.
Величина дополнительного усилия Q на режущем инструменте, создаваемого одной дополнительной секцией гидроцилиндра, определяется уравнением:
2
Q=0,785×D×p-Рз,
где D - диаметр гидроцилиндра, см;
2
р - давление жидкости, подводимого к перфоратору, кгс/см;
Рз - сила пружины при рабочей деформации, кгс.
На фиг.1 схематично показан предлагаемый перфоратор, включающий нижний гидроцилиндр 1 с поршнем-толкателем 2, взаимодействующим с узлом выдвижения 3 рабочего инструмента (например, в виде одного или двух дисков), верхний гидроцилиндр 4, состоящий из четырех секций в виде четырех гидроцилиндров 5, каждый из которых содержит поршень 6 со штоком 7, имеющим центральный канал, и средоразделитель 8, установленные с образованием камер 9. Верхний гидроцилиндр установлен его верхним концом в муфте 10.
Перфоратор работает следующим образом.
На колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) перфоратор спускается в скважину 11 в заданный интервал перфорации. Установив устройство в скважине, производят прямую промывку полости труб и устройства от различных механических примесей, окалины, попадающих в полость труб во время геофизических работ по привязке перфоратора к заданному интервалу. Затем в полость труб бросают шар малого диаметра, который перекрывает центральный промывочный канал. После этого в НКТ создают рабочее давление и начинают воздействовать на поршень-толкатель, который, передвигаясь поступательно вдоль оси прибора, выталкивает режущий узел с режущим инструментом в виде, например, одного или двух режущих дисков.
Далее показан пример создания рабочего давления в верхнем гидроцилиндре перфоратора, состоящем из четырех секций (с четырьмя гидроцилиндрами).
Рабочая жидкость поступает в первую камеру первого из гидроцилиндров 5 под определенным давлением, за счет чего создается осевое усилие, которое передается на головку второго поршня 6.
Через центральный канал в штоке 7 первого поршня 6 жидкость поступает в камеру между средоразделителем первого гидроцилиндра 5 и поршнем второго гидроцилиндра 5 под тем же давлением. Второй поршень 6 также создает осевое усилие, которое передается на головку третьего поршня 6. Таким образом, усилие удваивается.
Через центральный канал в штоке 7 второго поршня 6 жидкость поступает в камеру между средоразделителем второго гидроцилиндра 5 и поршнем 6 третьего гидроцилиндра 5 по тем же давлением. Осевое усилие утраивается.
В конце концов, жидкость поступает в камеру между средоразделителем третьего поршня 6 и поршнем 6 четвертого гидроцилиндра 5 и также создает осевое усилие, которое, будучи увеличенным в четыре раза, передается на поршень - толкатель нижнего гидроцилиндра 1 и воздействует на режущий инструмент, что значительно повышает эффективность работы всей системы.
Ступенчато создавая давление от 1,0 до 8,0 МПа в полости НКТ, перемещают перфоратор вверх-вниз, и производят постепенное вдавливание режущих дисков в стенку эксплуатационной колонны. За счет выполнения составного верхнего гидроцилиндра 4 и, по существу, составного поршня, увеличивается суммарная площадь поршней перфоратора, что позволяет получить значительное дополнительное усилие для формирования перфорационных щелей.
После образования перфорационных щелей в эксплуатационной колонне, давление, в полости труб, поднимают до 15,0 МПа, реализуя гидромониторный эффект струи. Струи жидкости, истекая из гидромониторных насадок с огромной скоростью, разрушают цементный камень и горную породу за эксплуатационной колонной, формируя
фильтрационные каналы. Затем давление в полости труб снижается до атмосферного, и под действием возвратной пружины режущий узел втягивается в перфоратор
Оптимальным параметром режущей поверхности режущего диска является ее угол обработки 90 град, что экономит усилие и время для прорезания щели, что позволяет производить работу перфоратором более длительное время без замены режущего узла.