РЕЖУЩИЙ УЗЕЛ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО ЩЕЛЕВОГО ПЕРФОРАТОРА
CUTTER OF HYDRA-MECHANICAL SLOTTED PUNCH

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин, в частности к конструкции устройств для вскрытия пластов путем гидромеханической щелевой перфорации, и может быть использовано при строительстве и ремонте скважин различного назначения.
Известны конструкции режущих узлов гидромеханических щелевых перфораторов, включающие один или несколько режущих инструментов в виде дисков и механизм их выдвижения. Такие конструкции раскрыты, в частности, в авторских свидетельствах на изобретения SU 883351 А1, МПК Е21В 43/114, 23.11.1981; SU 1337513 A1, МПК Е21В 43/114, 15.09.1987; в патентах на изобретения RU 2205941 С2, МПК 7 Е21В 43/112, 10.06.2003; RU 2244806 C1, МПК 7 Е21В 43/112, 20.01.2005; RU 2254451 С1, МПК 7 Е21В 43/112, 20.06.2005; RU 2239053 C1, МПК 7 Е21В 43/114, 27.10.2004; RU 2247226 C1, МПК 7 Е21В 43/112, 27.02.2005; RU 2249678 С2, МПК 7 Е21В 43/112, 10.04.2005.
Конструкции режущих узлов гидромеханических щелевых перфораторов по авторским свидетельствам SU 883351 A1 МПК Е21В 43/114, 23.11.1981 и SU 1337513 A1 МПК Е21В 43/114, 15.09.1987 включают режущие инструменты в виде симметрично расположенных по отношению к оси корпуса перфоратора накатных роликов, установленных в обоймах с возможностью радиального перемещения, и механизм выдвижения режущих инструментов, включающий верхний и нижний клиновые поршни, установленные с возможностью осевого перемещения навстречу друг другу и взаимодействия с режущими инструментами. Указанные конструкции позволяют вскрывать эксплуатационную колонну одновременно в четырех проекциях с образованием четырех перфорационных щелей. Однако, поскольку диаметр накатных роликов в таких конструкциях не может превышать 1/2 диаметра корпуса перфоратора, глубина формируемых щелей относительно невелика, что делает перфорацию малоэффективной.
Согласно аналогам по патентам на изобретения RU 2205941 С2, МПК 7 Е21В 43/112, 10.06.2003; RU 2244806 C1, МПК 7 Е21В 43/112, 20.01.2005; RU 2254451 C1, МПК 7 Е21В 43/112, 20.06.2005; RU 2239053 C1, МПК 7 Е21В 43/114, 27.10.2004 в конструкциях режущих узлов используются режущие инструменты в виде накатных дисков с диаметром, близким к диаметру корпуса перфоратора, что позволяет формировать достаточно глубокие перфорационные щели. Однако при использовании этих конструкций формирование щелей производится только в одной проекции, что приводит к необходимости переориентировать перфоратор после формирования каждой перфорационной щели, производить дополнительные спуско-подъемные операции.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению и принимаемым за прототип является режущий узел гидромеханического щелевого перфоратора по патенту RU 2249678 С2, МПК 7 Е21В 43/112, 10.04.2005.
Согласно прототипу режущий узел перфоратора содержит два режущих диска с диаметром, близким диаметру корпуса перфоратора, смонтированных на осях с возможностью выполнения режущими дисками двух диаметрально расположенных щелей в колонне, а механизм выдвижения дисков включает смонтированное на центральной оси коромысло, в плечах которого в отверстиях установлены оси режущих дисков и которое выполнено с возможностью поворота при перемещении поршня-толкателя, расположенного внутри корпуса перфоратора.
Режущий узел по прототипу позволяет одновременно формировать в колонне две достаточно глубокие перфорационные щели. Однако при проведении работ на скважинах двух перфорационных щелей бывает недостаточно для эффективного вскрытия колонны. При необходимости выполнить перфорацию в количестве проекций более двух и/или на нескольких интервалах перфорации приходится затрачивать дополнительное время на переориентацию перфоратора, на накатку дополнительных перфорационных щелей, на дополнительные спуско-подъемы перфоратора для замены изнашивающихся режущих дисков.
Задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение производительности перфорационного устройства и сокращение времени, затрачиваемого на проведение перфорации. При этом изобретение позволяет улучшить качество вскрытия колонны за счет одновременного формирования глубоких перфорационных щелей в четырех и более проекциях.
Указанный технический результат достигается за счет снабжения режущего узла перфоратора по меньшей мере одной дополнительной режущей секцией, соединяемой с основной режущей секцией с возможностью осевого поворота дополнительной секции относительно основной секции на нужный угол и фиксации под этим углом.
Заявляемый режущий узел гидромеханического щелевого перфоратора включает режущие инструменты в виде дисков (накатных роликов), расположенных в корпусе перфоратора с возможностью вертикально-радиального выдвижения через пазы в корпусе, и механизм выдвижения дисков, приводимый в действие поршнем-толкателем, перемещающимся в корпусе перфоратора под действием давления. При этом согласно изобретению режущий узел содержит по меньшей мере две режущих секции с режущими дисками и механизмами их выдвижения, корпуса режущих секций выполнены разъемными и соединяются между собой, например, посредством резьбового соединения, с возможностью осевого поворота относительно друг друга на нужный угол, причем соединение выполнено с возможностью фиксации под выбранным углом с помощью по меньшей мере одного фиксатора, например, шпона, шплинта, болта и т.п., а механизмы выдвижения дисков всех режущих секций приводятся в движение поршнями, последовательно соединенными между собой, например, при помощи тяг, соединительных винтов.
Угол поворота, под которым соединяются между собой режущие секции, может варьироваться в зависимости от необходимого расположения режущих дисков разных секций относительно друг друга и определяет положение формируемых в колонне перфорационных щелей. Так, при наличии двух секций, каждая из которых снабжена двумя диаметрально выдвигающимися режущими дисками, угол поворота, равный 90°, обеспечит формирование в колонне четырех перфорационных щелей, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. Если количество режущих секций увеличить, соответственно увеличивается и количество одновременно формируемых перфорационных щелей, положение которых будет определяться углом поворота режущих секций относительно друг друга.
Угол поворота секций относительно друг друга может быть выбран равным 0°, при этом режущие диски этих секций будут работать на одной линии, формируя единую перфорационную щель. В таком случае технический результат также достигается: за счет интенсификации наката щели пропорционально сокращается время перфорации и уменьшается износ режущих дисков.
Заявляемое устройство отличается простотой конструкции, чем обеспечивается его надежность и технологичность. Выполнение режущих секций разъемными облегчает сборку, транспортировку и ремонт устройства.
На фиг.1 и 2 представлено заявляемое устройство в одном из возможных видов исполнения - режущий узел гидромеханического щелевого перфоратора, состоящий из двух режущих секций:
фиг.1 - устройство в исходном транспортном положении;
фиг.2 - устройство в рабочем положении с выдвинутыми режущими дисками.
Устройство содержит режущие секции 1 и 2, каждая из которых включает режущие диски 3 с механизмами их выдвижения в виде коромысел 4, взаимодействующих с верхним клин-поршнем 5 и нижним клин-поршнем 6 и тем самым выдвигающих режущие диски 3, корпуса режущих секций 1 и 2 выполнены разъемными и соединяются между собой резьбовым соединением 7 с возможностью осевого поворота относительно друг друга на нужный угол, причем соединение 7 выполнено с возможностью фиксации под выбранным углом с помощью фиксаторов 8, механизмы выдвижения дисков 3 режущих секций 1 и 2 приводятся в движение поршнями 5 и 6, последовательно соединенными между собой при помощи тяг 9 и соединительного винта 10.
Устройство работает следующим образом.
Под действием нагнетаемого давления верхний клин-поршень 5 верхней режущей секции 1, взаимодействуя с коромыслом 4, выдвигает режущие диски 3 верхней режущей секции 1. Одновременно под действием тяги 9 перемещается вниз нижний клин-поршень 6 верхней режущей секции 1, воздействуя через соединительный винт 10 на верхний клин-поршень 5 нижней режущей секции 2, под действием которого с помощью коромысла 4 выдвигаются в рабочее положение режущие диски нижней режущей секции. При этом поршневая система свободно перемещается в корпусе перфоратора. Производится перфорация. По окончании перфорации рабочее давление снижается, режущий узел перфоратора приводится в исходное транспортное положение, перфоратор поднимается на поверхность либо перемещается на новый интервал перфорации.