ПЕРФОРАТОР ДЛЯ СКВАЖИНЫ

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к строительству и ремонту скважин, и может быть использовано для создания перфорационных каналов в обсадной колонне труб.
Известно «Устройство для создания перфорационных щелевых каналов» ( см. SU а.с. №1776772, МКИ Е 21 В 43/114, БИ №43 от 23.11.1992 г.), содержащее корпус с продольным каналом и наклонными пазами, цилиндр с поршнем и режущий инструмент в виде резцов, шарнирно связанных с поршнем и установленных в наклонные пазы корпуса с возможностью перемещения, при этом поршень выполнен кольцевым, причем в каждом резце выполнен продольный канал с возможностью гидравлической связи с каналом корпуса в крайнем верхнем положении.
Недостатками устройства являются: ограниченность использования из-за того, что проводить спускоподъемные операции возможно только на насосно-компрессорных трубах (НКТ), высокая металлоемкость и сложное конструктивное исполнение, кроме того в скважинах малого диаметра требуются давления (свыше 25 МПа) для срабатывания устройства.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является «Перфоратор для скважины» (см. патент RU № 2188307, МКИ Е 21 В 43/114, БИ №24 от 27.08.2002 г.), содержащий корпус, выполненный в виде клина с пазами, цилиндр с поршнем и режущий инструмент в виде резцов, установленных в пазы с возможностью перемещения, причем корпус вверху соединен с канатом, а цилиндр и поршень размещены в корпусе и установлены так, что подпоршневая часть цилиндра взаимодействует с внутренним пространством скважины, в верхней части цилиндра установлен обратный клапан, а цилиндр заполнен жидкостью и образует камеру высокого давления, при этом над цилиндром расположена камера низкого давления, причем между камерами установлен динамический подпружиненный клапан с внутренним проходным каналом, при этом в рабочем положении динамический клапан перекрывает обратный клапан, к поршню же через шток присоединена опора, в верхней части которой имеются радиальные пазы, в которые вставлены резцы с возможностью перемещения, причем в зависимости от количества перфорируемых участков камера низкого давления выполнена сборной.
Недостатками данного устройства являются:
- низкая надежность в работе, обусловленная наличием нескольких пружинных элементов в конструкции, поломка которых ведет к выходу из строя перфоратора;
- жесткость пружины динамического клапана подбирается расчетным путем в зависимости от необходимого давления срабатывания, при этом давление срабатывания изменяется в зависимости от глубины, что значительно снижает эффективность работы устройства при перфорировании обсадной колонны на различных глубинах.
Технической задачей полезной модели является создание такого устройства, которое бы при сравнительно простом конструктивном исполнении и минимальных затратах на спускоподъемные операции обеспечивало его надежную и при этом эффективную работу в скважинах любого диаметра и во всех интервалах перфорации.
Техническая задача решается перфоратором для скважины, содержащим корпус с камерой, выполненный в виде клина с пазами и соединенным сверху с канатом, цилиндр с поршнем, расположенные в корпусе так, что подпоршневая полость сообщается с внутренним пространством скважины, а надпоршневая полость - с камерой корпуса, расположенной выше цилиндра, опору с радиальными пазами, резцы, установленные с возможностью перемещения в пазы клина и радиальные пазы опоры.
Новым является то, что камера выполнена сборной из верхней и нижней части, соединенных концентрично с возможностью герметичного осевого перемещения навстречу друг другу, при этом наружная поверхность нижней части камеры дополнительно оснащена самоуплотняющейся манжетой, пропускающей снизу вверх, а верхняя часть камеры, сообщающаяся сверху с внутренним пространством скважины, дополнительно оснащена толкателем с конической поверхностью, прижимающей самоуплотняющуюся манжету к стенкам скважины в рабочем положении, причем опора в верхней части снабжена внутренней цилиндрической выборкой под клин и выполнена из расположенных сверху вниз конической, цилиндрической частей и упора, при этом опора дополнительно оснащена якорным узлом, расположенным на ее цилиндрической части с возможностью осевого перемещения и состоящим из подпружиненных внутрь плашек, выполненных с возможностью взаимодействия с конической частью опоры в рабочем положении и соединенных с втулкой, оснащенной поочередно расположенными на ее наружной поверхности пружинными и жесткими центраторами и направляющим штифтом, причем на наружной поверхности цилиндрической части опоры выполнены взаимодействующие с направляющим штифтом проточки, состоящие из осевых короткой и длинной частей соединенных каналом так, что при осевом возвратно поступательном перемещении втулки
относительно опоры направляющий штифт будет расположен в длинной и коротких осевых частях проточки поочередно.
На фиг.1 схематично представлена верхняя часть предлагаемого устройства в статике.
На фиг.2 схематично представлена нижняя часть предлагаемого устройства в статике.
На фиг.3 изображены проточки - «а», выполненные на цилиндрической части опоры устройства.
Перфоратор содержит корпус 1 (см фиг.1), выполненный в виде клина 2 с пазами 3 (например, выполненными в виде «ласточкиного хвоста»), цилиндр 4 с поршнем 5, расположенные в корпусе 1 так, что подпоршневая полость 6 сообщается с внутренним пространством 7 скважины 8, а надпоршневая полость 9 - с камерой 10 корпуса 1, расположенной выше цилиндра 4, опору 11 с радиальными пазами 12 (например, выполненными в виде «ласточкиного хвоста»). Опора 11 соединена посредством резцов 13 с корпусом 1, при этом резцы 13 установлены в пазы 3 корпуса 1 и радиальные пазы 12 опоры 11 с возможностью перемещения. Корпус 1 в транспортном положении соединен с цилиндром 4 посредством срезного элемента 14.
Камера 10 корпуса 1 (см фиг. 2) выполнена сборной из нижней части 15 и верхней части 16, соединена между собой концентрично с возможностью герметичного осевого перемещения навстречу друг другу, при этом наружная поверхность нижней части 15 камеры 10 корпуса 1 дополнительно оснащена самоуплотняющейся манжетой 17 , пропускающей снизу вверх.
Верхняя часть 16 камеры 10 корпуса 1 (см. фиг.1), гидравлически сообщается сверху с внутренним пространством 7 скважины 8 и оснащена толкателем 18 с конической поверхностью 19, прижимающей самоуплотняющуюся манжету 17 к стенкам скважины 8 в рабочем положении. Опора 11 снабжена в верхней части внутренней цилиндрической выборкой 20 и выполнена из расположенных сверху вниз конической части 21, цилиндрической части 22 и упора 23. Опора 11 оснащена якорным узлом 24, расположенным на цилиндрической части 22 опоры 11с возможностью осевого перемещения. Якорный узел 24 состоит из втулки 25 с направляющим штифтом 26 и подпружиненными внутрь плашками 27, выполненными с возможностью взаимодействия с конической частью 21 опоры 11 в рабочем положении. На наружной поверхности втулки 25, поочередно расположены пружинные центраторы 28 и жесткие центраторы 29. Подпружиненные центраторы 28 соединены с подпружиненными внутрь плашками 27 посредством винтов 30. На наружной поверхности цилиндрической части 22 опоры 11 выполнены
взаимодействующие с направляющим штифтом 26 проточки - «а» (см. фиг. 3), состоящие из осевых короткой 31 и длинной 32 частей соединенных каналом 33 так, что при осевом возвратно поступательном перемещении якорного узла 24 относительно опоры 11 направляющий штифт 26 будет расположен в длинной 32 и короткой 31 осевых частях проточки поочередно. Канат 34 соединен с верхней частью 16 камеры 10 корпуса 1. От несанкционированных перетоков жидкости предохраняют уплотнения 35, 36, 37.
Устройство работает следующим образом.
В собранном виде (см. фиг.1 и 2) перфоратор на канате 34 спускают в скважину 8 в требуемый для перфорации интервал. Затем устройство приподнимают примерно на 1 метр и вновь опускают в результате направляющий штифт 26 по каналу 33 перемещается из короткого участка 31, в котором он находился в транспортном положении в длинный участок 32 проточки - «а» (см. фиг.3), при этом якорный узел 24, состоящий из деталей 25, 26, 27, 28, 29, 30 благодаря тому, что пружинные центраторы 28 (см. фиг.1а) находятся в соприкосновение со стенкой скважины 8 остаются неподвижными. Устройство перемещается вниз относительно якорного узла 24 до тех пор, пока коническая часть 21 опоры 11, войдя в подпружиненные шлипсы 27, прижмет их к внутренней стенке скважины 8, зафиксировав якорный узел 24 .(на фиг.1, 2 не показано).
Устройство продолжают опускать вниз, в результате этого под весом каната 34 и собственным весом толкатель 18, соединенный с верхней частью 16 камеры 10 корпуса 1, разгружается на самоуплотняющуюся манжету 17 и своей конической поверхностью 19 прижимает ее к стенкам скважины 8.
В надпоршневой полости 9 цилиндра 4, гидравлически соединенной с внутренним пространством 7 скважины 8 посредством камеры 10, создается давление равное давлению столба скважинной жидкости.
Устье герметизируют (на фиг.1 и 2 не показано) и внутри скважины 8 создают избыточное давление, которое передается в надпоршневую полость 9 цилиндра 4 и приводит в действие поршень 5, заставляя его двигаться вниз и увлекая с собой корпус 1 с клином 2, при этом срезной элемент 14 разрушается.
В результате этого резцы 13 перемещаются по пазам 3 клина 2 и радиальным пазам 12 опоры 11 до касания стенок скважины 8. Избыточное давление в скважине 8 продолжают повышать и в определенный момент резцы 13 проводят перфорацию стенок скважины 8, при этом нижняя часть клина 2 корпуса 1 входит во внутреннюю цилиндрическую выборку 20 опоры 11.
Затем устройство приподнимают при помощи каната 34 вверх, при этом толкатель 18 выходит из контакта с самоуплотняющейся манжетой 17 и совместно с соединенной с
им верхней частью 16 камеры 10 корпуса 1 поднимается вверх до тех пор, пока не вернется в транспортное положение (см. фиг.1).
При дальнейшем подъеме устройства, корпус 1 с клином 2 и поршнем 5 поднимаются вверх, втягивая резцы 13, которые выходят из стенок скважины 8 и перемещаются внутрь по пазам 3 клина 2 и радиальным пазам 12 опоры 11, при этом нижняя часть клина 2 выходит из внутренней цилиндрической выборки 18 опоры 11.
Устройство продолжают поднимать в результате направляющий штифт 26 по каналу 33 перемещается из длинного участка 32 в котором он находился в рабочем положении в короткий участок 31 проточки - «а» (см. фиг.3), при этом пружинные центраторы 28 контактирующие с внутренней стенкой скважины 8 и соединенные с ним подпружиненные шлипсы 27 остаются неподвижными, а следовательно, в процессе подъема подпружиненные шлипсы 27 выходят из контакта с конической частью 21 и занимают транспортное положение (см. фиг.2).
Далее устройство устанавливают в следующем интервале, который необходимо проперфорировать и цикл повторяется.
Предлагаемое устройство спускается на канате, что позволяет значительно снизить затраты времени на спускоподъемные операции, при этом перфоратор дополнительно оснащен якорным узлом, позволяющим посадить его и проперфорировать обсадную колонну труб в любом интервале в необходимом количестве, а толкатель с конической поверхностью позволяет надежно прижать самоуплотняющуюся манжету к стенке скважины в процессе перфорации, разобщив при этом внутреннее пространство скважины, чем повышается надежность и эффективность работы перфоратора, что позволит сократить время на проведение перфорационных работ в целом, а значит сократить материальные и финансовые затраты.