ПЕРФОРАТОР ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ КЛИНОВОЙ

Изобретение относится к добывающей промышленности и может быть использовано для формирования отверстий в эксплуатационной колонне нефтедобывающей скважины.
Известен гидромеханический скважинный перфоратор (патент №28725), включающий корпус, выдвижной режущий инструмент в виде накатного диска, гидромониторную насадку, полый шток-фильтр, расположенный в системе гидроцилиндров, при этом нижний гидроцилиндр снабжен подпружиненным поршнем-толкателем, который выполнен с центральным и боковым гидроканалами, съемный клиновой паз со съемными пластинами, который расположен под углом к оси устройства и имеет поверхность скольжения по обсадной колонне во время работы накатного диска, отличающийся тем, что клиновой паз снабжен съемной опорной пятой, которую устанавливают на корпусе с внешней стороны на поверхность скольжения клинового паза по обсадной колонне во время работы перфоратора.
Известен перфоратор гидромеханический щелевой (патент №78519), корпус которого закреплен на колонне насосно-компрессорных труб с помощью подвижного соединения для обеспечения вращательного движения. Накатной диск установлен под углом к оси перфоратора и закреплен на маятнике с возможностью прорезания щели в эксплуатационной колонне по винтовой линии. Подвижное соединение корпуса перфоратора с колонной НКТ выполнено в виде подвижной соединительной муфты. Угол наклона накатного диска к оси перфоратора выбран из условия получения заданного шага Т винтовой щели, определяемого по формуле:  мм, где D - наружный диаметр колонны, мм. Расположение накатного диска под углом ° к оси перфоратора и использование соединения подвижного для обеспечения винтового вращательного движения при формировании винтовой щели на накатном диске обеспечивает возникновение крутящего момента, который передается на корпус, и перфоратор, при перемещении вдоль оси колонны, получает вращательное движение. Винтовое расположение щели значительно сохраняет остаточные прочностные характеристики эксплуатационной колонны и ее способность противостоять воздействию горного давления.
Известно устройство для щелевой перфорации обсадной колонны (патент №2180038), которое включает режущий узел в виде выдвижного накатного ролика, гидромониторного канала и гидравлического канала над режущим узлом. В нижней части устройства вдоль его оси расположен промывочный канал для очистки ствола скважины от шлама. Он гидравлически связан в транспортном положении устройства с гидравлическим каналом. Вдоль всего режущего узла с противоположной стороны от накатного ролика расположена скользящая опора в виде лыжи. Она жестко соединена с корпусом устройства. Имеется дифференциальный обратный клапан с запорным элементом для сбрасывания этого элемента с поверхности и включения обратного клапана с перекрытием гидравлического канала.
Известен гидромеханический скважинный перфоратор (патент №2182221), который включает корпус, выдвижной режущий инструмент в виде накатного диска, гидромониторную насадку и клиновой паз со съемными пластинами. Они расположены под углом к оси устройства. Ось накатного диска выполнена ступенчатой с меньшим диаметром по концам и размещена в пазах, параллельных клиновому пазу. Устройство снабжено полым штоком-фильтром, расположенным в двух гидроцилиндрах, установленных герметично относительно друг друга. Нижний гидроцилиндр снабжен подпружиненным поршнем-толкателем. Он выполнен с центральным и боковым гидроканалами и связан с осью накатного диска посредством двух фигурных пластин. Они контактируют со съемными пластинами клинового паза. Клиновой паз выполнен съемным и установлен на корпусе устройства с возможностью скольжения по обсадной колонне во время работы накатного диска. Концы оси накатного диска расположены в направляющих пазах боковых пластин. Они охватывают клиновой паз, фигурные пластины и накатный диск с двух сторон.
Известен перфоратор скважинный гидромеханический щелевой (патент №67631), в корпусе которого герметично установлены 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.
Наиболее близким аналогом является прокалывающий перфоратор по патенту №2070959 RU, содержащий корпус с каналами для подвода рабочей жидкости, поршень, помещенный в корпусе, породоразрушающий инструмент, расположенный на поршне, и насос для подачи рабочей жидкости. При этом поршень выполнен с возвратными пружинами, а корпус в поршневом пространстве выполнен со сквозными отверстиями, имеющими: меньшее сечение, чем сечение канала для подвода рабочей жидкости. Породоразрушающий инструмент прокалывает колонну и породу за счет повышения давления в колонне, на которой опускается перфоратор. Окончание прокалывания определяют по повышению давления в колонне в результате прекращения движения породоразрушающего инструмента. Этот способ определения окончания работ не является надежным, так как поршень может остановиться не проколов отверстие в колонне.
Целью изобретения является повышение надежности работы прокалывающего перфоратора и: снижение ударной нагрузки на эксплуатационную колонну.
Цель достигается за счет конструкции перфоратора. Резец выполнен в виде клина и жестко связан с поршнем, двигающемся в направлении, перпендикулярном оси перфоратора. Поршень является частью гидроцилиндра и перемешается от оси перфоратора при повышении давления жидкости под ним. Внутри корпуса перфоратора выполнено отверстие, которое сообщает полость насосно-компрессорной трубы с пространством под поршнем. Для организации поступательных движений резца увеличивают давление в насосно-компрессорной трубе (НКТ). В результате ударных нагрузок со стороны резца нет. Пробитие происходит за счет внедрения резца в эксплуатационную колонну разрушая последнюю, происходит срез материала эксплуатационной колонны и пластическая деформация металла и породы в целом.
Цель также достигается за счет того, что резец выполнен полым, то есть в нем имеется продольное сквозное отверстие, вход которого в основании резца, а выход на кончике. Причем это отверстие сообщает пространство под поршнем и пространство вне корпуса. Таким образом, в момент, когда резец пробивает стенку трубы эксплуатационной колонны жидкость поступает через резец в затрубное пространство и вымывает каверну в породе.
Цель также достигается за счет наличия золотника, который связан с корпусом перфоратора пружиной, которая выталкивает золотник на место, освобожденное поршнем при изготовлении отверстия в колонне. При этом золотник освобождает канал выхода рабочей жидкости в затрубное пространство, за счет этого окончание работы определяют падением давления в НКТ. Таким образом, золотник служит для индикации выхода резца на требуемую величину и формирования отверстия в эксплуатационной колонне.
Резец возвращается назад за счет формы - углы наклона режущей части резца при подъеме НКТ позволяют без заклинивания поднять оборудование из скважины. Золотник тоже имеет фаску, позволяющую золотнику вернуться в исходное положение.
Таким образом, перфоратор позволяет транспортировать технологические жидкости в породу точно в намеченном месте отверстия. Его конструкция при этом проста, перфоратор имеет невысокую себестоимость.
Осуществление изобретения.
Перфоратор изготовляют из стали путем отливки.
Перфоратор состоит из корпуса 1, поршня 2, резца (клина) 3, толкателя 4, пружины 5, упора 6, золотника 7, пружины золотника 8, винта 9.
Корпус перфоратора имеет отверстие 10 которое сообщает полость НКТ А с пространством под поршнем 2. При создании давления в полости НКТ А жидкость попадает через отверстие 10 под поршень 2 и двигает его по оси с усилием пропорциональным площади поршня и давлению нагнетания. При этом резец 3 двигается с поршнем 2 и пробивает эксплуатационную колонну. Резец 3 в центре имеет отверстие 11, который сообщен с полостью НКТ А через отверстие 10. После пробивания отверстия эксплуатационной колонне технологическая жидкость через отверстие 11 размывает каверну в призабойной зоне пласта.
При проникновении резца 3 через эксплуатационную колонну (рабочий ход резца) поршень перемещается и освобождает место для золотника 7, который перемещается вверх за счет усилия пружины 8. При перемещении золотника 7 полость НКТ А сообщается с затрубным пространством через отверстия 10, 12, 13 и падает давление в НКТ. Падение давления в НКТ (нагнетательной линии насосного агрегата) указывает на предельное перемещение поршня 2 и резца 3 и как следствие формирование отверстия в эксплуатационной колонне. Для поддержания давления в требуемых режимах при намыве каверны в призабойной зоне пласта увеличивают расход жидкости в НКТ (насосных агрегатов). Гидравлические сопротивления отверстий 11 и комбинации 12, 13 одинаковы за счет конструкции последних, что требует двукратного увеличения расхода в НКТ после пробивания отверстия в эксплуатационной колонне. Увеличение расхода жидкости при намыве каверны в призабойной зоне пласта улучшает вынос шлама на поверхность и улучшает работоспособность оборудования в целом.
После окончания перфорации стравливается давление в НКТ. Выравнивается давление, действующее на поршень 2 со стороны кольцевого пространства и внутренней полости НКТ. Поршень возвращается в исходное состояние за счет сил пружин 5 толкателя 4.
Описание рисунков.
На рисунке 1 представлен перфоратор гидромеханический клиновой в сборе. 1 - корпус, 2 - поршень, 3 - резец (клин), 4 - толкатель, 5 - пружина, 6 - упор, 7 - золотник, 8 - пружина золотника, 9 - винт, 10, 12, 13 - каналы прохода рабочей жидкости через перфоратор, 11 - отверстие для прохода рабочей жидкости через резец 3, А - полость насосно-компрессорной трубы.