СВЕРЛЯЩИЙ ПЕРФОРАТОР ДЛЯ ГЛУБОКОЙ ПЕРФОРАЦИИ НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИН

Полезная модель относится к области добычи нефтепродуктов, а именно к средствам, предназначенным для глубокой перфорации нефтегазовых скважин, оборудованных обсадными трубами.
Известен сверлящий перфоратор с повышенным выходом сверла до 400 мм - ПС-400 (Г.Н. Филиди, К.Г. Филиди, Ю.А. Гуторов // Современная техника и технология отбора керна, сверлящей перфорации и глубокого дренирования пластов в нефтяных скважинах., г. Уфа, УГНТУ, 2012 г.).
Перфоратор позволяет вскрывать обсадную колонну (ОК), цементное кольцо, горную породу каналом длиной до 400 мм. Такое глубокое дренирование пласта позволяет преодолеть область его кольматации в пристеночной зоне, которая составляет не менее 25-30 см вглубь пласта.
Недостаток известного перфоратора ПС-400 заключается в том, что он выполнен одноканальным, так как оборудован суппортом с одним выдвижным сверлом, что не позволяет за один спуск перфоратора в скважину произвести сверление нескольких отверстий из-за высокого износа сверла ввиду абразивных свойств вскрываемых сред: металла, цемента и особенно горной породы. Приходится поднимать устройство на поверхность, производить замену сверла и снова спускать перфоратор на нужный интервал, что значительно снижает производительность вскрытия и повышает себестоимость работ.
Известен патент РФ №2482266, приор. 16.09.2011 г. опубл. 20.05.2013 г., Е21В 43/11 «Способ вскрытия пласта сверлящим перфоратором и устройство для его осуществления». Известное средство обеспечивает повышение эффективности вскрытия скважин в результате сетчатой перфорации стенки скважины по всему интервалу вскрытия, упрощение и удешевление средств, осуществляющих эту перфорацию. Осуществляют вскрытие пласта сверлящим перфоратором (перфоратор), которое включает: спуск на кабеле перфоратора с кабельным наконечником в интервал вскрытия пласта в скважине, последовательное высверливание каналов в стенке скважины при каждом повороте перфоратора, при этом производят высверливание каналов в стенке скважины от нижней точки до верхней точки интервала вскрытия с заданным шагом перемещения перфоратора по вертикали, а перед каждым поворотом перфоратор поднимают на поверхность, с помощью поворотного механизма разворачивают перфоратор на заданный угол и фиксируют его положение относительно кабельного наконечника, затем сборку опускают в скважину и производят высверливание следующего канала, смещенного от предыдущего канала на заданный угол.
Недостаток известной конструкции перфоратора заключается в том, что его каждый раз поднимают на поверхность для разворачивания перфоратора на заданный угол, что повышает трудозатраты и увеличивает время на задалживание скважины.
Известен перфоратор с выдвижным сверлом, обеспечивающим глубокую перфорацию продуктивного пласта (патент РФ №134985, приор. 30.04.2013 г., опубл. 27.11.2013 г., Е21В 43/11).
Сверлящий перфоратор, содержит корпус с приборной головкой, электродвигатель с цепью питания, редуктор с центральным валом, гибкий бур с режущим наконечником, расположенные в криволинейной направляющей, механизм возврата гибкого бура, гидравлический контур прижатия корпуса к стенке скважины, гидравлический контур подачи гибкого бура, компенсатор гидростатического давления.
Известная конструкция обладает надежной фиксацией корпуса прибора за счет более глубокого выдвижения нескольких прижимных рычагов.
Недостатки известной конструкции повторяют недостатки известного перфоратора ПС-400, который выполнен одноканальным, что не позволяет за один спуск перфоратора в скважину произвести сверление нескольких отверстий из-за высокого износа сверла. Приходится поднимать устройство на поверхность, производить замену сверла и снова спускать перфоратор на нужный интервал, что значительно снижает производительность вскрытия и повышает себестоимость работ.
Известна конструкция перфоратора для глубокой перфорации скважин, содержащая выдвигаемые гибкие буры, в количестве более одного, с режущими наконечниками на концах (пат. США №4421183).
Известное устройство содержит: силовой двигатель с центральным валом, жестко связанным с ведомой шестерней зубчатого механизма, взаимодействующие с ведомыми шестернями зубчатого механизма выдвигаемые гибкие буры с режущими наконечниками, в количестве более одного, и механизм подачи выдвигаемых гибких буров.
Силовой двигатель и зубчатая передача установлены на стационарном основании, расположенном на поверхности скважины, и обеспечивают вращение и поступательное перемещение двух гибких буров по направляющим, спущенным в скважину (фиг. 1 и 6, пат. США №4421183).
Известное устройство обеспечивает перфорацию сразу в двух точках стенки скважины и обеспечивает спуск гибких буров на нужный интервал для перфорации на следующих двух точках.
Недостаток известной конструкции заключается в отсутствии механизма фиксации выдвигаемых гибких буров напротив нужного интервала вскрытия. Более точная установка и фиксация режущего инструмента необходима для перфорации стенок скважины напротив тонкого нефтяного пласта и обеспечения сохранности стенок напротив обводненного пласта, чтоб не допустить прорыва воды в скважину.
Наиболее близким по конструкции и решаемой задачи, является устройство по пат. РФ №134985, которое принято за прототип.
Задачей предложенной полезной модели является повышение эффективности вскрытия продуктивного пласта, за счет использования одновременного сверления стенки скважины в трех и более точках, а также повышение ремонтопригодности, за счет выполнения перфоратора в виде модульной конструкции, легко разбираемой на составные части, которые можно заменить без особых трудозатрат.
Указанная задача решается тем, что в сверлящем перфораторе для глубокой перфорации нефтегазовых скважин, спускаемом в скважину на каротажном кабеле, и содержащем корпус с приборной головкой, электродвигатель, редуктор с центральным валом, выдвигаемый бур с режущим наконечником, механизм прижатия перфоратора к стенке скважины, механизм подачи выдвигаемого бура, в отличие от известного, в нем установлено не менее трех выдвигаемых буров, размещенных в суппорте, выполненном в виде герметичного корпуса, передвигаемого по резьбе центрального вала и по направляющим, жестко соединенными с указанным корпусом, механизм подачи буров снабжен блоком реверсивного привода, кинематически связанным с центральным валом, механизм прижатия перфоратора к стенке скважины выполнен в виде раздвижных подпружиненных плашек, расположенных в отдельно установленном корпусе якоря, при этом в суппорте установлен планетарный механизм с ведущий шестерней, жестко соединенной с центральным валом, часть буров выполнена в виде толкающих жестких ходовых винтов, подвижно соединенных с корпусом суппорта и взаимодействующих с ведомыми шестернями планетарного механизма, другая часть буров выполнена гибкой и выдвигается по криволинейным пазам внутри раздвижных подпружиненных плашек, снабженных ограничительными упорами, между которыми установлены возвратные пружины, кроме того, нижний конец центрального вала снабжен ходовым винтом с расклинивающим конусом, установленным при помощи шлицевого соединения в корпусе якоря, и служащим для выдвижения упомянутых плашек, а выдвигаемые буры размещены в направляющих патрубках, которые жестко соединены с корпусом якоря.
На фиг. 1 изображен общий вид перфоратора.
На фиг. 2 - вид по А-А.
На фиг. 3 - вид по В-В.
На фиг. 4 - вид по С-С.
На фиг. 5 - вид по D-D.
На фиг. 6 показана выноска «Е».
Перфоратор (фиг. 1) содержит корпус 1 с приборной головкой, блок управления 2, электродвигатель с редуктором 3, блок реверсивного привода 4, кинематически связанный с центральным валом 5, выдвигаемые гибкие буры 6 с режущими наконечниками 7 в количестве не менее трех, размещенные в суппорте 8, выполненном в виде герметичного корпуса, передвигаемого по резьбе 9 центрального вала 5 и по направляющим 10, жестко соединенными с корпусом 1, и компенсатор гидростатического давления 11. Механизм прижатия перфоратора к стенке скважины выполнен в виде раздвижных подпружиненных плашек 12, в количестве не менее трех, расположенных в отдельно установленном корпусе якоря 13, при этом в суппорте 8 установлен планетарный механизм с ведущей шестерней 14, жестко закрепленной на центральном валу 5, на расстоянии от нижнего торца корпуса реверсивного привода 4, превышающем не менее, чем на 20% длину рабочего хода суппорта 8 по выдвижению буров 6, имеющих толкающие жесткие ходовые винты 15, подвижно соединенные с корпусом суппорта 8 с помощью маслонаполненных кожухов 16 (фиг. 6), в которых размещены подпятники 17, жестко соединенные с торцами жестких ходовых винтов 15, взаимодействующих с ведомыми шестернями 18 и 19 зубчатого механизма (третья ведомая шестерня не показана). Другая часть 20 буров 6 выдвигаются по направляющим криволинейным пазам 21 внутри раздвижных подпружиненных плашек 12, снабженных ограничительными упорами 22, между которыми установлены возвратные пружины 23 (фиг. 4). Кроме того, нижний конец центрального вала 5 снабжен ходовым винтом 24 с расклинивающим конусом 25 для выдвижения упомянутых плашек 12, а части 20 выдвигаемых гибких буров 6 размещены в направляющих патрубках 26, которые жестко соединены с корпусом якоря 13.
Направляющие патрубки 26 снабжены герметизирующими элементами 27 на выходе из корпуса суппорта 8 и на выходе из него - центрального вала 5. Поз. 28 - резьба для взаимодействия выдвигаемых гибких буров 6 с шестернями 18 и 19 планетарного механизма. Поз. 29 - резьба ходового винта 24, выполненная с обратным направлением резьбе центрального вала 5.
Направляющие 10 для передвижения по ним суппорта 8 жестко укреплены к корпусу перфоратора по схеме, представленной на фиг. 2, через 120 град. между собой.
Направляющие патрубки 26, которые жестко соединены с корпусом якоря 13 по схеме, представленной на фиг. 3, через 120 град, между собой так, что места их размещений находятся между местами размещений направляющих 10.
На фиг. 4 представлен вид по С-С трех раздвижных плашек 12 с возвратными пружинами 23. В плашках 12, расположенных через 120 град между собой, выполнены криволинейные пазы 21.
На фиг. 5 представлен вид D-D шлицевого соединения 30 расклинивающего конуса 25 с корпусом якоря 13.
Корпус перфоратора 1 спускается в скважину на каротажном кабеле 31.
Конструкцию предлагаемого перфоратора можно разделить на три основных модуля.
В состав первого модуля входят: блок управления 2, блок электродвигателя с редуктором 3, блок реверсивного силового привода 4 и центральный вал 5, снабженный расклинивающим конусом 25.
В состав второго модуля входят: корпус 8 подвижного суппорта, планетарный механизм с шестернями 14, 18 и 19, и три выдвигаемых гибких бура 6 с режущими наконечниками 7.
В состав третьего модуля входят: корпус якоря 13, три направляющих патрубка 26 и три выдвижных фиксирующих плашки 12 с возвратными пружинами 23.
Перфоратор работает следующим образом.
После спуска перфоратора в скважину в интервал вскрытия обсадной колонны (ОК) напротив продуктивного пласта (на фиг. 1 не показан), подают сигнал по каротажному кабелю 31 на блок управления 2, который включает электродвигатель в блоке с редуктором 3, приводящий в действие приводной реверсивный механизм блока 4, а через него - центральный вал 5. Под действием вращения центрального вала 5 корпус суппорта 8 начинает перемещаться вниз по направляющим 10.
Одновременно с опусканием суппорта 8 опускаются вниз три выдвигаемых гибких бура 6 с режущими наконечниками 7, жесткие ходовые винты 15 которых, своими торцами жестко соединены с подпятниками 17 внутри маслонаполненных кожухов 16, присоединенных к корпусу суппорта 8. При этом выдвигаемые гибкие буры 6 вращаются при помощи ведомых шестерней 18 и 19 планетарного механизма (третья ведомая шестерня не показана). В совокупности эти действия обеспечивают выдвижение нижних частей 20 буров 6 по направляющим криволинейным пазам 21 внутри раздвижных подпружиненных плашек 12. Расклинивающий конус 25, укрепленный на ходовом винте 24, связанном с центральным валом 5, удерживаемый от вращения четырьмя шлицами 30, начинает опускаться и раздвигает три фиксирующие плашки 12, которые создают жесткий контакт с ОК и фиксируют прибор напротив продуктивного пласта.
Части 20 указанных буров, по мере опускания суппорта 8, перемещаются внутри направляющих патрубков 26, выдвигаясь по криволинейным пазам 21, и врезаются режущими наконечниками 7 сначала в стенку ОК, а затем - в цементное кольцо и породу.
После завершения операции одновременного высверливания трех отверстий в ОК, цементе и породе, с поверхности передают команду по кабелю 31 на блок управления 2, который включает реверс электродвигателя в блоке с редуктором 3, приводящим в действие приводной реверсивный механизм блока 4, а через него - центральный вал 5. Под действием обратного вращения центрального вала 5 корпус суппорта 8 начинает перемещаться по направляющим 10 и подниматься вверх, увлекая за собой перемещающиеся гибкие буры 6. Одновременно расклинивающий конус 25 поднимается вверх, обеспечивая возможность возвращения фиксирующих плашек 12, за счет действия возвратных пружин 23 в исходное положение внутри корпуса якоря.
После достижения корпусом суппорта 8 верхнего (исходного) положения, электродвигатель блока 3 отключается подачей соответствующего сигнала с блока управления 2.
Поскольку конструкция перфоратора разбирается на отдельные составные модули, то при подъеме его на поверхность можно легко каждый модуль заменить при износе, особенно это актуально для второго модуля, куда входят три выдвигаемые гибкие буры 6 с режущими наконечниками 7, подверженные быстрому износу во время сверления.
Таким образом, решается задача глубокой перфорации продуктивного пласта с одновременным высверливанием трех и более отверстий, что повышает производительность перфорационных работ и снижает их издержки.