ПРОКАЛЫВАЮЩИЙ ПЕРФОРАТОР

Полезная модель относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к конструкциям механических перфораторов, предназначенных для вторичного вскрытия нефтяных и газовых скважин.
Известен импульсный гидравлический перфоратор, который состоит из нескольких узлов и секций. Нижняя секция выполнена в виде гидравлического фиксатора-центратора с выдвижными при повышении давления штоками. В средней и верхней секциях выполнены радиальные каналы с размещенными в них узлами генератора импульсов давления, последний выполнен в виде вала и турбинок. Турбинки связаны с валом в средней части генератора. На концах валов закреплены плоские кулачки, которые контактируют с дисками. Диски представляют собой элемент открытия-закрытия эксцентричных боковых отверстий. В боковых отверстиях дисков размещены насадки (Патент на изобретение RU №2061847, МПК Е21В 43/114, опубл. 10.06.1996).
Известен скважинный прибор, содержащий режущий инструмент, установленный в корпусе с возможностью выдвижения с помощью узла подачи режущего инструмента к стенке скважины и вращения с помощью узла вращения и узла передачи вращения режущему инструменту. Прибор также включает механизм фиксации корпуса прибора в скважине, выполненный в виде верхней и нижней опор. Скважинный прибор дополнительно снабжен размещенными в корпусе и функционально совмещенными друг с другом узлом гидроаккумуляции и контроля перемещения с гидроцилиндрами для принудительного возвращения режущего инструмента и механизма фиксации в исходное состояние, узлом электрогидроавтоматики с электромагнитными клапанами для обеспечения подзарядки гидроцилиндров узла гидроаккумуляции, гидротермокомпенсатором давления для разгружения корпуса от гидростатического давления в скважине. Привод узла подачи режущего инструмента выполнен с гидроцилиндрами и магистралями. Режущий инструмент выполнен с возможностью его выдвижения при срабатывании электромагнитного клапана и поступления рабочей жидкости в гидроцилиндры механизма фиксации и привода узла подачи режущего инструмента и последующего возврата с механизмом фиксации в исходное состояние после сброса давления в приводе узла подачи режущего инструмента. Верхняя и нижняя опоры выполнены с возможностью прижатия прибора к стенке скважины со стороны выхода режущего инструмента (Патент на изобретение RU №2277166, МПК Е21В 43/112, опубл. 27.05.2006).
Наиболее близким техническим решением, выбранным заявителем в качестве прототипа, является прокалывающий перфоратор, который содержит корпус с каналами для подвода рабочей жидкости посредством насоса. В корпусе размещен поршень, на котором установлен породоразрушающий инструмент. Корпус и поршень выполнены в виде эквидистантных цилиндров, образованных направляющими в виде эллипсов или прямоугольников или синусоид или сочетанием этих направляющих. Корпус в подпоршневом пространстве выполнен со сквозными отверстиями, а поршень выполнен с возвратными пружинами. (Патент на изобретение RU №2070959, МПК Е21В 43/11, опубл. 27.12.1997)
Недостатками известного перфоратора является обламывание породоразрушающего инструмента, так как при подаче жидкости под давлением в перфоратор, происходит вытяжка подвески насосно-компрессорной трубы (НКТ) и усилия на осевое перемещение перфоратора составляют несколько тонн, что приводит к поломке породоразрушающего инструмента. Кроме того, отсутствие поворотного механизма в перфораторе не позволяет производить перфорацию с максимальной площадью.
Технической задачей полезной модели является увеличение эксплуатационной надежности и эффективности перфоратора.
Техническая задача достигается тем, что прокалывающий перфоратор содержит корпус с каналами для подвода рабочей жидкости, поршень, который выполнен с отверстиями для прохода рабочей жидкости в зону перфорации и снабжен возвратными пружинами и породоразрушающими инструментами, направляющие для поршня, при этом в корпусе дополнительно установлен цилиндр-фиксатор, поршень размещен в цилиндре-фиксаторе, цилиндр-фиксатор снабжен возвратными пружинами, направляющими для поршня и выполнен с возможностью перемещения относительно корпуса, поршень выполнен с возможностью перемещения относительно цилиндра-фиксатора по направляющим для поршня, а на внешней поверхности цилиндра-фиксатора выполнены элементы зацепления.
В качестве элементов зацепления на внешней поверхности цилиндра-фиксатора могут быть использованы, например, зубцы, зазубрины и иные аналогичные элементы.
Перфоратор дополнительно может быть снабжен поворотным устройством.
Сравнение заявляемой полезной модели с прототипом показывает, что она отличается следующими признаками:
- корпус дополнительно снабжен цилиндром-фиксатором;
- цилиндр-фиксатор имеет возможность перемещения относительно корпуса;
- поршень размещен в цилиндре-фиксаторе;
- поршень имеет возможность перемещения относительно цилиндра-фиксатора;
- цилиндр-фиксатор снабжен возвратными пружинами;
- цилиндр-фиксатор снабжен направляющими для поршня;
- на внешней поверхности цилиндра-фиксатора выполнены элементы зацепления.
Заявляемая конструкция перфоратора позволяет устанавливать такое количество породоразрушающих инструментов, которое необходимо для решения конкретных задач.
Наличие вышеуказанных отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого прокалывающего перфоратора критерию «новизна».
Заявляемый перфоратор может быть изготовлен на стандартном оборудовании с использованием известных технологических процессов, поэтому он соответствует критерию «промышленная применимость».
Техническая задача в заявляемом перфораторе достигается за счет того, что поршень и цилиндр-фиксатор выдвигаются в противоположные стороны, а поскольку внутренняя площадь цилиндра-фиксатора больше площади поршня, он прижимает перфоратор к противоположной стороне, тем самым полностью выбирая зазор между прокалывающими инструментами и стенкой эксплуатационной колонны. На наружной стороне цилиндра-фиксатора выполнены элементы зацепления, обеспечивающие зацепление перфоратора за эксплуатационную колонну, исключая его осевое перемещение.
Для максимально большей площади вскрытия пласта перфоратор может быть снабжен поворотным устройством, позволяющим ему поворачиваться вокруг своей оси на заданный градус.
Заявляемая совокупность существенных признаков прокалывающего перфоратора не была выявлена в процессе патентно-информационных исследований. Заявляемые особенности конструктивного решения перфоратора обеспечивают достижение нового технического результата, заключающегося в том, что в заявляемом перфораторе исключается нагрузка на обламывание породоразрушающих инструментов, и, одновременно, обеспечивается возможность полностью выбирать зазор между перфоратором и внутренней стенкой эксплуатационной колонны, что, в свою очередь, обеспечивает максимальное проникновение прокалывающего инструмента в разрушаемую породу. Новый конструктивный элемент прокалывающего перфоратора - цилиндр-фиксатор и его признаки (взаимное расположение относительно поршня, возможность перемещения относительно корпуса, наличие элементов зацепления на его внешней поверхности, наличие возвратных пружин) обеспечивают получение нового технического результата, выражающегося в одновременном достижении эксплуатационной надежности и повышенной эффективности.
Заявляемый прокалывающий перфоратор схематично показан на Фиг.1. На Фиг.2 показан - перфоратор в рабочем положении. На Фиг.3 - вид перфоратора сбоку.
Прокалывающий перфоратор содержит поворотное устройство 1 с поршнем 2, соединенным с винтом 3, пружину 4; корпус 5 с гайкой 6, каналом для рабочей жидкости 7, цилиндром-фиксатором 8 и помещенным в него поршнем 9; на наружной стороне цилиндра-фиксатора 8 выполнены зубцы 10; в поршень 9 встроены породоразрушающие инструменты 11, направляющие 12 с возвратными пружинами 13, цилиндр-фиксатор 8 снабжен возвратными пружинами 14, эксплуатационная колонна - 15.
Прокалывающий перфоратор работает следующим образом. Вначале его опускают в нефтяную или газовую скважину на подвеске насосно-компрессорных труб (НКТ) к заданному интервалу. Затем к нему по НКТ подают жидкость под низким давлением. Жидкость воздействует на поршень 2 с винтом 3, перемещает поршень 2 поступательно сжимая пружину 4 и проворачивая гайку 6 с корпусом 5 на определенный градус вокруг своей оси, затем давление жидкости увеличивают и она, проходя по каналу 7, начинает воздействовать на дно поршня 9 и цилиндра-фиксатора 8. Цилиндр-фиксатор 8 выдвигается из корпуса 5 до контакта с эксплуатационной колонной 15, отжимая перфоратор к противоположной стороне и выбирая зазор между породоразрушающим инструментом и эксплуатационной колонной 15. Зубцы 10 цилиндра-фиксатора 8 внедряются в эксплуатационную колонну 15, фиксируя перфоратор от осевого перемещения, затем, сжимая пружины 13, начинает движение поршень 9 совместно с породоразрушающим инструментом 11, последний сначала прокалывает эксплуатационную колонну 15, разрушая цементный камень и горную породу за ней, а жидкость, проходящая по каналу 7 и выходящая через породоразрушающие инструменты 11, размывает каверны в породе. После окончания гидроразмыва пласта (по запланированному времени работы) давление жидкости сбрасывают, и пружины 13 возвращают поршень 9 совместно с породоразрушающим инструментом 11 в цилиндр-фиксатор 8, а пружина 14 возвращает цилиндр-фиксатор 8 с поршнем 9 в корпус 5. Поршень 2 также возвращается в изначальное положение под воздействием пружины 4, перещелкивая поворотный механизм 1. Перфоратор готов к новому циклу.
Таким образом, заявляемый перфоратор позволяет исключить нагрузку на обламывание породоразрушающих инструментов и обеспечивает возможность выбирать зазор между перфоратором и внутренней стенкой эксплуатационной колонны для максимального проникновения прокалывающего инструмента за эксплуатационную колонну. Достижение указанного технического результата позволяет решить поставленную задачу, одновременно повысив и эксплуатационную надежность, и эффективность прокалывающего перфоратора.