ЦЕНТРАТОР ДЛЯ ГИДРОПЕСКОСТРУЙНОГО ПЕРФОРАТОРА
CENTRALISER FOR HYDRAULIC SANDBLAST PERFORATOR

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности для вскрытия продуктивных пластов в скважинах с открытым забоем и с обсадными колоннами. Устройство найдет наибольшее применение при вскрытии пластов в скважинах сложного профиля.
Известно устройство для гидравлической перфорации скважин, включающее гидравлический узел и узел фиксации устройства в обсадной колонне, описанное в патенте RU 2059061, МПК E21B 43/114, опубл. 27.04.1996 г. Узел фиксации имеет полый маслонаполненный корпус с радиальными каналами, в которых размещены два подпружиненных штока одинакового диаметра с рифленой рабочей поверхностью и циркуляционными каналами, сообщающими их боковую поверхность с торцевой, штоки имеют уплотнения и могут перемещаться в радиальных каналах корпуса, раздвинутых на 180 градусов по отношению друг к другу.
Известно также устройство для гидравлической перфорации обсадных колонн, включающее узел фиксации, содержащий полый корпус, в радиальных каналах которого размещены подпружиненные штоки с рабочей поверхностью, при этом средний шток развернут на 180 градусов по отношению к крайним, а площадь его сечения равна суммарной площади сечения двух крайних штоков. Данное устройство описано в патенте RU 2184215, МПК E21B 43/114, опубл. 27.06.2002 г.
Недостатком обоих технических решений является невозможность установки штоков большой длины в корпусах малого диаметра, что не позволяет использовать их в скважинах сложного профиля.
Известно также устройство для перфорирования скважин, включающее узел фиксации (центратор), содержащий полый корпус, расположенные в нем толкатели и рычаги-фиксаторы, установленные на осях с возможностью поворота. Рычаги-фиксаторы установлены на осях, закрепленных на поршне (толкателе), и предназначены для фиксации устройства на необходимом уровне перфорации. Данное устройство описано в патенте на полезную модель RU 60132, МПК E21B 43/114, опубл. 10.01.2007 г. Недостатком этого устройства являются ненадежность и недолговечность устройства фиксации при работе в обсадных колоннах большого диаметра в абразивной среде, приводящей к выходу из строя всего перфоратора, а также невозможность установки фиксаторов различной длины в обсадных трубах различного диаметра.
В качестве прототипа, как наиболее близкого к заявляемому техническому решению, выбран центратор для гидропескоструйного перфоратора, описанный в патенте RU 2466264, МПК E21B 17/10, E21B 43/114, опубл. 10.11.2012 г. Данное устройство включает полый корпус, расположенные в нем толкатель и рычаги-фиксаторы, установленные на осях с возможностью поворота. При этом в нижней части корпуса расположен поршень, подпружиненный снизу, толкатель контактирует с поршнем и рычагом-фиксатором, представляющим собой двуплечий рычаг, установленный на оси, закрепленной в корпусе. Одно плечо рычага, контактирующее с толкателем, имеет профильную криволинейную поверхность, а второе плечо имеет удлиненную часть, имеющую возможность взаимодействия с обсадной колонной, а противоположный конец этого плеча взаимодействует с боковой цилиндрической поверхностью толкателя. Толкатель установлен в корпусе через втулку посредством резиновых колец с чередованием посадки по наружному и внутреннему диаметрам. В месте перехода одного плеча рычага в другое выполнено ослабление сечения.
Отметим следующее. При эксплуатации перфоратора с центратором, выбранным в качестве прототипа, под воздействием различных внешних факторов возникают колебания системы трубопровода, перфоратора и центратора. В результате система совершает возвратно-поступательные движения, а поскольку центратор из прототипа обеспечивает только радиальную фиксацию перфоратора, то происходит рассеивание энергии струй, истекающих из форсунок перфоратора, что снижает их разрушающую способность, а следовательно, снижается эффективность работы перфоратора.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы перфоратора в скважинах сложного профиля с обсадными колоннами различного диаметра за счет эффективной центровки и фиксации корпуса перфоратора в обсадной колонне.
Технический результат заключается в повышении эффективности работы перфоратора за счет придания истекающим из него струям постоянного направления.
Достигается это тем, что в известном центраторе для гидропескоструйного перфоратора, включающем полый корпус, расположенный в нем толкатель, взаимодействующий с расположенным под ним подпружиненным снизу поршнем, установленным в стакане, и рычаги-фиксаторы, размещенные на поршне и установленные с возможностью поворота, согласно изобретению:
- в верхней части стакана выполнена проточка, на которой установлено с возможностью продольного перемещения опорное кольцо, взаимодействующее верхней частью с рычагами-фиксаторами, а нижней частью опирающееся на упругое кольцо, установленное в нижней части проточки стакана;
- в верхней части поршня выполнены прорези для установки в них рычагов-фиксаторов, представляющие собой две внутренние параллельные поверхности с соосными отверстиями, в каждом из которых выполнен вырез, а на одном из концов каждого рычага-фиксатора на его боковых сторонах выполнены симметрично расположенные жесткие цилиндрические элементы с выполненными на каждом из них диаметрально противоположными лысками, при этом длина хорды выреза отверстий поршня соответствует расстоянию между лысками цилиндрического элемента, диаметр отверстий поршня соответствует диаметру цилиндрического элемента рычага-фиксатора, а противоположный конец каждого рычага-фиксатора имеет возможность взаимодействия с обсадной трубой.
Кроме того, угол наклона лысок цилиндрических элементов относительно оси рычага-фиксатора и расположение вырезов в отверстиях поршня подобраны таким образом, что рычаг-фиксатор устанавливается в вырез отверстия поршня при его максимальном отклонении от продольной оси симметрии центратора.
Кроме того, рычаги-фиксаторы выполнены из двух жестко стыкуемых между собой частей, продольные оси которых пересекаются под тупым углом, а в корпусе центратора ниже каждого рычага-фиксатора выполнена выемка для его размещения.
Приведенные выше отличительные признаки являются новыми по сравнению с прототипом, поэтому изобретение соответствует критерию «новизна».
Патентные исследования показали, что в изученном уровне техники отсутствуют аналогичные технические решения, т.е. заявляемое техническое решение не следует явным образом из изученного уровня техники и, таким образом, соответствует критерию «изобретательский уровень».
Данное техническое решение может быть воспроизведено промышленным способом, следовательно, оно соответствует критерию «промышленная применимость».
Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен центратор в разрезе, на фиг.2 - вид на центратор сверху с разведенными рычагами-фиксаторами, на фиг.3 - последовательность установки рычага-фиксатора в вырез отверстия поршня (позиции а, б, в, г).
Центратор (см. фиг.1) выполнен в виде полого стального корпуса 1, в котором расположен толкатель 2, установленный через втулку 3 и резиновые кольца 4 с чередованием посадки по наружному и внутреннему диаметрам, что предотвращает утечки песчано-жидкостной смеси через центратор. Толкатель 2 взаимодействует своей нижней частью с расположенным под ним поршнем 5, установленным в стакане 6 и подпружиненным снизу пружиной 7. В верхней части стакана 6 выполнена проточка 8, на которой установлено опорное кольцо 9 с возможностью продольного перемещения, которое взаимодействует верхней частью с рычагами-фиксаторами 10, а нижней частью опирается на упругое кольцо 11, например резиновое, установленное в нижней части проточки 8. В верхней части поршня 5 выполнены прорези 12 (см. фиг.3a) для установки в них рычагов-фиксаторов 10. Каждая прорезь представляет собой две внутренние параллельные поверхности 13 с соосными отверстиями 14. В каждом отверстии выполнен вырез 15. На одном из концов рычага-фиксатора 10 на его боковых сторонах выполнены симметрично расположенные жесткие цилиндрические элементы 16, на каждом из которых выполнены диаметрально противоположные лыски 17 (см. фиг.3a), при этом длина хорды выреза 15 отверстий 14 поршня 5 соответствует расстоянию между лысками 17 цилиндрического элемента 16. Это необходимо для того, чтобы элемент 16 мог войти через вырез 15 в отверстие 14. Кроме этого диаметр отверстия 14 соответствует диаметру цилиндрического элемента 16, что позволяет рычагу-фиксатору 10 осуществлять поворот относительно поршня 5. При этом продольная ось симметрии поршня 5 и ось симметрии цилиндрических элементов 16 образуют прямые, перекрещивающиеся под прямым углом. Угол наклона лысок 17 цилиндрических элементов 16 и расположение вырезов 15 подобраны таким образом, что рычаг-фиксатор 10 устанавливается в прорезь 12 при его максимальном отклонении от продольной оси симметрии центратора, т.е. оси α. Это исключает выпадение рычага-фиксатора 10 из прорези 12 в процессе спускоподъемных операций гидропескоструйного перфоратора внутри обсадной трубы 20. Рычаги-фиксаторы 10 выполнены из двух жестко стыкуемых между собой частей, продольные оси которых пересекаются под тупым углом (угол γ на фиг.3a), а в корпусе 1 центратора ниже рычага-фиксатора 10 выполнена выемка 18 для его размещения (в нерабочем состоянии гидропескоструйного перфоратора). Такая конструкция рычага-фиксатора и наличие выемки 18 позволяет находиться рычагу-фиксатору 10 заподлицо с поверхностью корпуса 1, что важно при спуске и подъеме гидропескоструйного перфоратора внутри обсадной трубы. На противоположных концах рычагов-фиксаторов 10 выполнены зубцы 19, посредством которых рычаги-фиксаторы 10 взаимодействуют с обсадной трубой 20.
Заявляемое устройство работает следующим образом. Центратор устанавливается на конце перфоратора. После спуска устройства в зону перфорации подают песчано-жидкостную смесь под необходимым давлением, которая поступает в корпус 1 центратора и оказывает давление на толкатель 2, упирающийся в поршень 5, в результате чего толкатель 2 и поршень 5 перемещаются вниз. При этом установленные в прорези 12 рычаги-фиксаторы 10 поворачиваются вокруг точки касания с опорным кольцом 9 до соприкосновения зубцов 19, выполненных на конце рычага-фиксатора 10 со стенкой обсадной трубы 20. При дальнейшем действии избыточного давления песчано-жидкостной смеси происходит внедрение зубцов 19 каждого из рычагов-фиксаторов 10 в стенку обсадной трубы 20 и расклинивание рычагов-фиксаторов 10 между поршнем 5 и стенками трубы 20. В начальный период выдвижения рычагов-фиксаторов 10 до их соприкосновения со стенкой обсадной трубы 20 рычаги-фиксаторы 10 опираются на опорное кольцо 9. В рабочем положении (разведенном положении рычагов-фиксаторов 10) усилие передается через толкатель 2, поршень 5 и рычаги-фиксаторы 10 на внутреннюю стенку обсадной трубы 20, при этом опорное кольцо 9 исключается из силовой схемы за счет деформации упругого кольца 11. Центратор обеспечивает жесткую фиксацию перфоратора в обсадной трубе на заданном уровне. Резиновые кольца 4, установленные с чередованием посадки по наружному и внутреннему диаметрам, создают эффект внезапного расширения и внезапного сужения русла, обеспечивая потерю энергии потока песчано-жидкостной смеси за счет трения потока при входе в узкую трубу (при сужении) и затрат на вихреобразование (при расширении и сужении), что предотвращает утечки песчано-жидкостной смеси через центратор. После снятия давления резиновые кольца 4, а также пружина 7, перемещают поршень 5 и толкатель 2 вверх, вследствие чего рычаги-фиксаторы 10 возвращаются в первоначальное неотклоненное положение, и перфоратор с центратором может быть перемещен на новый уровень или поднят на поверхность.
Предлагаемое устройство позволяет в процессе эксплуатации путем надежной фиксации перфоратора в обсадной трубе на определенном уровне обеспечить эффективную и надежную его эксплуатацию в обсадных колоннах большого диаметра, значительно превышающего диаметр перфоратора, что иллюстрируется на фиг.2, на которой приведен вариант исполнения устройства с тремя рычагами-фиксаторами.
Учитывая изложенное, заявитель считает, что предложенное техническое решение может быть защищено патентом на изобретение.