УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВТОРИЧНОГО ВСКРЫТИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

Полезная модель относится к нефтяной и газодобывающей промышленности и может быть использовано при вторичном вскрытии нефтяных и газовых коллекторов.
Известно устройство для образования щелей в стенках скважины, спускаемое в скважину на насосно-компрессорных трубах, содержащее двухплечевой рычаг с одним периферийным и с несколькими промежуточными опорными катками, расположенный на поворотной оси и шарнирно соединенный одним концом рычага с подпружиненным для возврата в исходное положение поршнем, передвигающемуся в полости цилиндра, за счет избыточного давления закачиваемой по трубам жидкости и поворачивающему двухплечевой рычаг из вертикального в горизонтальное положения, насаженную на опорные катки зубчатую цепь с режущими твердосплавными элементами, и механизм передачи вращения от глубинного двигателя, заставляющего зубчатую цепь вращаться вокруг двухплечевого рычага (патент на изобретение RU №2030563, опубл. 10.03.1995 г.).
Известно спускаемое в скважину на насосно-компрессорных трубах режущее устройство для образования выреза вблизи скважины, пересекающей подземный пласт, содержащее рычаг пилы, выполненный в виде шины, шарнирно соединенный с корпусом с возможностью поворота между первым положением, в котором рычаг пилы расположен параллельно продольной оси корпуса, и вторым положением, в котором рычаг пилы расположен в направлении от продольной оси корпуса, бесконечную цепь, снабженную режущими элементами и охватывающую рычаг пилы с ведущей звездочкой, и приводное средство, заставляющее цепь обегать вокруг рычага пилы, приводное средство содержит гидравлический двигатель, подвижно установленный внутри корпуса с возможностью перемещаться вдоль корпуса вместе с поворачивающим механизмом, состоящим из цилиндрического прямозубого колеса, прикрепленного к поддерживаемому концу рычага пилы и взаимодействующего с зубьями зубчатой рейки, 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.) - прототип.
Недостатками обоих устройств является то, что из-за вертикальных перемещений устройств в скважине, вызываемых растяжением насосно-компрессорных труб под действием давления закачиваемой жидкости, происходит разрушение режущих элементов и самой цепи, что может привести к аварии. Кроме того, возврат в исходное положение режущих устройств происходит за счет пружин, подвергающихся воздействию агрессивной среды и имеющих «усталость», что может привести к их поломке и невозврату режущих устройств в исходное положение. Одного поворачивающего механизма, выполненного в виде зубчатой рейки и цилиндрического прямозубого колеса или плеча рычага, недостаточно из-за необходимости создания на них в N раз большего усилия, чем необходима сила давления на режущие элементы, где N определяется путем деления расстояния от оси вращения рычага до точки резания на расстояние от оси до точки приложения поворачивающей силы. При этом на зубья или на рычаг вращающего устройства прикладывается усилие, превышающее допустимые нормы, что может привести к их поломке, т.е. к аварии. Во время работы по вскрытию продуктивного пласта невозможно регулировать нагрузку на кромки режущих элементов и на цепь, что также может привезти к их поломке.
Технической задачей полезной модели является повышение эксплуатационной надежности устройства и увеличение площади вскрытия пласта с минимальными временными затратами.
Техническая задача достигается тем, что в заявляемое устройство для вторичного вскрытия нефтяных и газовых коллекторов, содержащее корпус с двигателем и приводной вал, зубчатое колесо, шарнирно установленное в корпусе, шину, снабженную ведущей звездочкой и шарнирно соединенную с корпусом, бесконечную цепь, снабженную режущими элементами и охватывающую шину и ведущую звездочку, причем в корпусе дополнительно установлена шина с ведущей звездочкой, два гидроцилиндра и, по меньшей мере, один механизм фиксации к внутренней стенке обсадной колонны, двигатель кинематически связан с насосом и ведущими звездочками шин, насос соединен с одним гидроцилиндром и механизмом фиксации, зубчатое колесо жестко соединено с шинами и охватывается цепью, концы которой соединены с поршнями гидроцилиндров, а свободные концы шин противоположны.
Сравнение заявляемой полезной модели с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:
- в корпусе установлены две шины, каждая из которых снабжена ведущей звездочкой;
- в корпусе установлены два гидроцилиндра;
- двигатель кинематически связан с насосом;
- насос соединен с одним гидроцилиндром;
- двигатель кинематически связан с ведущими звездочками шин;
- зубчатое колесо жестко соединено с шинами;
- зубчатое колесо охватывает цепь, концы которой соединены с поршнями гидроцилиндров;
- свободные концы шин противоположны;
- устройство дополнительно снабжено, по меньшей мере, одним механизмом фиксации к внутренней стенке обсадной колонны.
Механизм фиксации к внутренней стенке обсадной колонны предпочтительно представлен гидроцилиндром.
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 заявляемом техническом решении, основное усилие на вращение бурового приспособления осуществляется за счет направленного перемещения поршня, который через цепь вращает зубчатое колесо, жестко связанное с шинами. Взаимодействие цепи и зубчатого колеса позволяет задействовать половину ее зубьев, а у прототипа работают 2-3 зуба, что может привести к их поломке т.к. усилие подачи рейки при повороте прямозубого колеса может достигать больше одной тонны. Предварительные расчеты показывают, что заявляемая конструкция позволяет за счет использования цепи для поворота бурового приспособления увеличить шину на длину более 1,0 метра, что значительно увеличивает площадь вскрытия пласта. Так же увеличить площадь вскрытия пласта, позволяет использование в заявляемом устройстве бурового приспособления с двумя шинами, установленными на центральной оси с возможностью поворачиваться вокруг нее на любой необходимый градус для одновременного формирования двух диаметрально расположенных канала за время, в течение которого прототип формирует только один канал. Конструкция обеспечивает возможность беспрепятственного возврата бурового приспособления в исходное транспортное положение даже при поломке двигателя привода, что осуществляется за счет воздействия на поршень возврата давления столба жидкости находящейся в скважине. Все это исключает заклинивание устройства в скважине, снижает вероятность аварий при работе.
Вращение ведущих звездочек для перемещения гибких рабочих органов и обеспечение работы насоса, может осуществляться любым известным кинематическим способом. Для примера изображена шестеренная передача.
На рисунке схематично изображено заявляемое устройство.
Устройство содержит спускаемый на геофизическом кабеле 1 корпус 2, в котором размещены электропривод 3 и редуктор 4 с приводным валом 5 который связан кинематикой с насосом 6 и ведущими звездочками 7 бурового приспособления 8, выполненного в виде двух соединенных шин 9, с гибкими рабочими органами 10. Буровое приспособление 8 вращается вокруг центральной оси 11 закрепленной в корпусе 2, при помощи зубчатого колеса 12, жестко соединенного с шинами 9 посредством, например, болтов 13 и поворачиваемое цепью 14, соединенной одним концом с поршнем 15 гидроцилиндра 16, а другим концом с поршнем 17 гидроцилиндра 18. Перемещение поршня 15 осуществляется за счет перекачивания гидравлической жидкости насосом 6 по трубке 19 из надпоршневого пространства 20 в подпоршневое пространство 21 по трубке 22. В корпусе 2 дополнительно расположены механизмы фиксации 23 заявляемого устройства к внутренней стенке обсадной колонны 28, (показан один) выполненный в виде гидроцилиндра 24 и шток - поршня 25, выдвижение которого так же осуществляется за счет перекачивания гидравлической жидкости насосом 6 по трубке 19 из надпоршневого пространства 26 в подпоршневое пространство 27 по трубке 22.
Устройство работает следующим образом:
На геофизическом кабеле 1, устройство спускают в скважину. После установки устройства в интервале перфораций, подают ток к электродвигателю электропривода 3, вращение от которого через редуктор 4 и приводной вал 5 передается на ведущие звездочки 7 бурового приспособления 8 заставляя обегать гибкие рабочие органы 10 вокруг шин 9 и ведущих звездочек 7. Одновременно приводным валом 5, приводится в движение кинематически связанный с ним насос 6. Насос 6 одновременно перекачивает гидравлическую жидкость из надпоршневого пространства 20 гидроцилиндра 16 и из надпоршневого пространства 26 гидроцилиндра 24 механизма фиксации 23 по трубке 19 в подпоршневое пространство 21 гидроцилиндра 16 и в подпоршневое пространство 27 гидроцилиндра 24 механизма фиксации 23. Давление жидкости, создаваемое насосом 6 в гидроцилиндре 24 механизма фиксации 23 выдвигает шток-поршень 25 до контакта с внутренней стенкой обсадной колонны 28, фиксируя корпус 2 для исключения вертикальных перемещений устройства в скважине. После фиксации устройства в интервале перфорации, давление гидравлической жидкости, создаваемое насосом 6 в подпоршневом пространстве 21 гидроцилиндра 16 перемещает поршень 15 в верхнее положение. Поршень 15 тянет закрепленный на нем один конец цепи 14 вращая при этом зубчатое колесо 12 и соединенные с ним болтами 13 шины 9 бурового приспособления 8 вокруг центральной оси 11. При этом другой конец цепи 14 перемещает соединенный с ней поршень 17 гидроцилиндра 18, в нижнее положение. Буровое приспособление 8 поворачивается на любой необходимый градус, выфрезеровывая одновременно два диаметрально расположенных канала в обсадной колонне, цементном камне и горной породе.
После формирования каналов электродвигатель 3 обесточивают, насос останавливается. Так как над поршнем 17 находится только воздух, то гидростатическое давление столба жидкости в скважине стремится сжать воздух, находящийся над поршнем 17 гидроцилиндра 18, при этом передвигает поршень 17 из нижнего положения в верхнее одновременно перемещая цепь 14, а с ней поршень 15 гидроцилиндра 16 из верхнего положения в нижнее поворачивая при этом зубчатое колесо 12 в обратную сторону, возвращая буровое приспособление 8 в исходное транспортное положение. При перемещении поршня 15, гидравлическая жидкость из подпоршневого пространства 21 через насос 6 перетекает в надпоршневое пространство 20 гидроцилиндра 16. Одновременно перетекает гидравлическая жидкость из подпоршневого пространства 27 в надпоршневое пространства 26 гидроцилиндра 24 механизма фиксации 23, шток-поршень 25 занимает исходное положение, раскрепляя, при этом корпус 2 от стенки эксплуатационной колонны 28.
Устройство готово для установки на следующий интервал перфорации, где цикл повторяют.
Таким образом, заявляемая конструкция позволяет повысить надежность устройства и увеличить площадь вскрытия пласта за счет применения шин большей длинны. Так же увеличить производительность, позволяет использование в устройстве двух шин.