ПЕРФОРАТОР ДЛЯ СКВАЖИНЫ

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к строительству и ремонту скважин, и может быть использовано для создания перфорационных каналов в обсадной колонне труб.
Известен «Перфоратор для скважины» (см. SU а.с. №2219331, МКИ Е 21 В 43/112, БИ №35 от 20.12.2003 г.), содержащий корпус, выполненный в виде клина с пазами, основной цилиндр с поршнем и режущий инструмент в виде резцов, установленных в пазы с возможностью перемещения, при этом корпус вверху соединен с канатом, при этом корпус содержит камеру низкого давления, под которой размещены жестко соединенные основной и дополнительный цилиндры, в цилиндры установлены поршни, причем в дополнительном цилиндре поршень снабжен проходным каналом, соединяющим надпоршневую часть основного цилиндра с надпоршневой частью дополнительного цилиндра, поршни между собой жестко соединены и размещены так, что подпоршневая часть цилиндров взаимодействует с внутренним пространством скважины, а цилиндры заполнены жидкостью, между камерой низкого давления и цилиндрами установлены обратный клапан и динамический подпружиненный клапан с внутренним проходным каналом, причем в рабочем положении динамический клапан перекрывает обратный клапан, к поршню же основного цилиндра через шток присоединена опора с радиальными пазами в верхней части, в которые установлены резцы с возможностью перемещения, при этом в зависимости от глубины перфорируемого интервала в корпусе установлено расчетное количество дополнительных цилиндров и поршней и в зависимости от количества перфорируемых участков и количества дополнительных цилиндров камера низкого давления выполнена сборной.
Недостатками устройства являются:
- невозможность «расхаживания» перфоратора в скважине, поскольку создается аварийная ситуация;
- сложность конструкции, обусловленная тем, что в зависимости от глубины перфорируемого интервала в корпусе установлено расчетное количество дополнительных цилиндров и поршней, а в зависимости от количества перфорируемых участков и количества дополнительных цилиндров камера низкого давления выполняется сборной.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является «Перфоратор для скважины» (см. патент RU №2188307, МКИ Е 21 В 43/114, БИ №24 от 27.08.2002 г.), содержащий корпус, выполненный в виде клина с пазами, цилиндр с поршнем и режущий инструмент в виде резцов, установленных в пазы с возможностью перемещения, причем корпус вверху соединен с канатом, а цилиндр и поршень размещены в корпусе и установлены так, что подпоршневая часть цилиндра взаимодействует с внутренним пространством скважины, в верхней части цилиндра установлен обратный клапан, а цилиндр заполнен жидкостью и образует камеру высокого давления, при этом над цилиндром расположена камера низкого давления, причем между камерами установлен динамический подпружиненный клапан с внутренним проходным каналом, при этом в рабочем положении динамический клапан перекрывает обратный клапан, к поршню же через шток присоединена опора, в верхней части которой имеются радиальные пазы, в которые вставлены резцы с возможностью перемещения, причем в зависимости от количества перфорируемых участков камера низкого давления выполнена сборной.
Недостатками данного устройства являются:
- сложность конструкции, обусловленная наличием динамического клапана, кроме того жесткость пружины динамического клапана подбирается расчетным путем в зависимости от необходимого давления срабатывания, при этом давление срабатывания изменяется в зависимости от глубины, что значительно снижает эффективность работы устройства при перфорировании обсадной колонны на различных глубинах;
- при подъеме перфоратора его резцы контактируют со стенками скважины, цепляясь за муфты труб обсадной колонны скважины, что может привести к обрыву каната, либо повреждению обсадной колонны в не назначенном интервале, особенно в старых скважинах, а также повреждению рабочей поверхности резцов.
Технической задачей полезной модели является повышение эффективности работы перфоратора на различных глубинах, позволяющего при этом после проведения перфорации исключить контакт резцов с внутренней стенкой скважины.
Техническая задача решается предлагаемым перфоратором для скважины, содержащим корпус, состоящий из клина с пазами, цилиндра, заполненного жидкостью, с поршнем, и камеры низкого давления, которые последовательно расположены выше клина, опору с радиальными пазами сверху, присоединенную снизу к штоку, резцы, установленные одновременно в пазы клина и радиальные пазы опоры с возможностью синхронного перемещения, при этом подпоршневая часть цилиндра взаимодействует с внутренним
пространством скважины, а надпоршневая часть - с камерой низкого давления через клапан.
Новым является то, что между камерой низкого давления и поршнем установлена пружина, при этом корпус между клином и цилиндром оборудован дополнительным цилиндром с дополнительным поршнем, который жестко соединен сверху с поршнем цилиндра, а снизу - со штоком, причем надпоршневая полость дополнительного цилиндра сообщается с надпоршневой частью цилиндра, а подпоршневая полость дополнительного цилиндра - с внутренним пространством скважины, так же на наружной поверхности камеры низкого давления выполнена направляющая и размещены с возможностью осевого перемещения втулка с пружинными центраторами, оснащенная штырем, взаимодействующим с направляющей, и ограничитель, подпирающий снаружи клапан в транспортном положении, с внутренней цилиндрической выборкой, располагающейся напротив клапана в рабочем положении, при этом камера низкого давления дополнительно сверху оснащена стравливающим клапаном, зафиксированным срезным винтом, причем стравливающий клапан присоединен сверху к канату, а снизу снабжен упором, при этом направляющая выполнена в виде коротких и одной длинной осевых проточек, соединенных каналами таким образом, что при возвратно-поступательном перемещении втулки относительно камеры низкого давления штырь последовательно перемещается из одной короткой осевой проточки в другую в сторону длинной осевой проточки, в которой штырь располагается в рабочем положении, при чем втулка и ограничитель выполнены с возможностью взаимодействия в рабочем положении.
На фиг.1 схематично представлена верхняя часть устройства в статике.
На фиг.2 схематично представлена нижняя часть устройства в статике.
На фиг.3 схематично представлены осевые проточки, соединенные каналами, выполненные на корпусе устройства.
Перфоратор содержит корпус 1 (см. фиг.1), состоящий из клина 2 с пазами 3 (например, выполненными в виде ласточкиного хвоста), цилиндра 4 (см. фиг.2), заполненного жидкостью 5, с поршнем 6, и камеры низкого давления 7. Опора 8 с радиальными пазами 9 сверху, присоединена снизу к штоку 10. Резцы 11 установлены одновременно в пазы 3 клина 2 и радиальные пазы 9 опоры 8 с возможностью синхронного перемещения. Подпоршневая часть 12 цилиндра 4 (см. фиг.1) взаимодействует с внутренним пространством 13 скважины 14 (см. фиг.2), а надпоршневая часть 15 - с камерой низкого давления 7 через каналы 16 и клапан 17 (см.фиг.1). Между камерой низкого давления 7 и поршнем 6 установлена пружина 18.
Корпус 1 между клином 2 и цилиндром 4 (см. фиг.1 и 2) оборудован дополнительным цилиндром 19 с дополнительным поршнем 20, который жестко соединен сверху с поршнем 6 цилиндра 4, а снизу - со штоком 10. Надпоршневая полость 21 дополнительного цилиндра 19 сообщается с надпоршневой частью 15 цилиндра 4, а подпоршневая полость 22 дополнительного цилиндра 19 - с внутренним пространством 13 скважины 14.
На наружной поверхности 23 камеры низкого давления 7 выполнена направляющая 24, на которой с возможностью осевого перемещения размещена втулка 25 с пружинными центраторами 26, оснащенная штырем 27, взаимодействующим с направляющей 24, и ограничитель 28, подпирающий снаружи клапан 17 в транспортном положении. Ограничитель 28 имеет внутреннюю цилиндрическую выборку 29, выполненную с переменным сечением с диаметрами D1 и D2, располагающуюся напротив клапана 17 в рабочем положении. Камера низкого давления 7 дополнительно сверху посредством муфты 30 оснащена стравливающим клапаном 31, зафиксированным срезным винтом 32. Стравливающий клапан 31 присоединен сверху к канату 33, а снизу снабжен упором 34. Направляющая 24 выполнена в виде нескольких коротких 35 (длиной L1) и одной длинной 36 (с длиной L2) осевых проточек, причем (L1<L2) (см. фиг.3). Короткие и длинная осевые проточки соединены каналами 37 таким образом, что при возвратно-поступательном перемещении втулки 25 относительно камеры низкого давления 7 штырь 27 последовательно перемещается из одной короткой 35 осевой проточки в другую в сторону длинной 36 осевой проточки, в которой штырь 27 располагается в рабочем положении.
Втулка 25 и ограничитель 28 (см. фиг.1) выполнены с возможностью взаимодействия в рабочем положении, при этом ограничитель 28 в транспортном положении зафиксирован на наружной поверхности 23 камеры низкого давления 7 посредством замкового элемента 38 (например, выполненного в виде разрезного пружинного кольца круглого сечения). От несанкционированных перетоков жидкости предохраняют необходимые уплотнительные элементы.
Устройство работает следующим образом.
Перед спуском (см. фиг.1 и 2) внутренние полости цилиндра 4 и дополнительного цилиндра 19 перфоратора заливаются жидкостью 5, при этом клапан 17 устанавливается в транспортное положение, в котором он фиксируется с помощью ограничителя 28.
Далее перфоратор на канате 33 спускают в скважину 14 в требуемый для перфорации интервал. По достижению требуемого интервала для перфорации устройство приподымают и опускают на величину большую осевой длины L1 (см. фиг.3) короткой осевой проточки 35, повторяя эти спуско-подъемы по числу коротких осевых проточек 35 плюс 1-8 дополнительных спуско-подъемов для гарантированного взаимодействия втулки 25 с
ограничителем 28. Во время спуско-подъемов штырь 27, взаимодействующий с направляющей 24, двигаясь по коротким осевым проточкам 35 (см. фиг.3) перемещается в сторону последней длинной осевой проточки 36 и достигает ее, так как втулка 25 (см. фиг.1) за счет пружинных центраторов 26, которые упираются в стенки скважины 14, остается на месте, при этом сам перфоратор совершает относительно втулки 25 возвратно-поступательные движения. Затем перфоратор начинают приподнимать, в результате штырь 27 вместе со втулкой 25 опускается относительно наружной поверхности 23 камеры низкого давления 7 по последней длинной осевой проточке 36 (см. фиг.3) с длинной L2. В результате втулка 25 (см. фиг.1) опирается сверху на ограничитель 28 и, преодолевая сопротивление замкового элемента 38, смещает его вниз относительно наружной поверхности 23 камеры низкого давления 7. При этом меньшее сечение ограничителя 28 с диаметром D1 перестает взаимодействовать с торцом клапаном 17, а напротив него устанавливается большее сечение ограничителя 28 с диаметром D2, соответствующего внутренней цилиндрической выборке 29, при этом клапан 17 смещается во внутреннюю цилиндрическую выборку 29, соединяя каналы 16 между собой.
В результате чего жидкость 5 посредством каналов 16 из внутренних полостей цилиндра 4 и дополнительного цилиндра 19 перетекает в камеру низкого давления 7, заставляя поршень 6 и дополнительный поршень 20 двигаться вверх, сжимая пружину 18 и увлекая за собой шток 10 и опору 8, в итоге резцы 11 перемещаются по пазам 3 клина 2 и радиальным пазам 9 опоры 8, и, дойдя до стенки скважины 14, производят ее перфорацию.
При небольших глубинах перфорации (например, до 500-600 метров) давление столба жидкости над перфоратором и наличие дополнительного цилиндра 19 с дополнительным поршнем 20 в его конструкции может оказаться не достаточным для проведения перфорации. Для этого герметизируют устье скважины и дополнительно с устья создают избыточное давление в скважине, достаточное для проведения перфорации, об этом свидетельствует сначала плавный рост давления, а затем резкое его падение на манометре насосного агрегата.
Далее канат 33 начинают поднимать вверх, при этом перфоратор остается неподвижным за счет разности давлений в подпоршневой части 12 цилиндра 4 и подпоршневой полости 22 дополнительного цилиндра 19, где давление равно давлению столба жидкости и в надпоршневой части 15 цилиндра 4 и надпоршневой полости 21 дополнительного цилиндра 19, где давление равно атмосферному. В результате этого в определенный момент срезной элемент 32 разрушается и стравливающий клапан 31 поднимается вверх и своим упором 34 упирается в нижний торец муфты 30, при этом он перепускает скважинную
жидкость (на фиг. не показано) в камеру низкого давления 7 до тех пор, пока давление в подпоршневой части 12 цилиндра 4 и подпоршневой полости 22 дополнительного цилиндра 19 уравняется с давлением жидкости в надпоршневой части 15 цилиндра 4 и надпоршневой полости 21 дополнительного цилиндра 19 и станет равным давлению столба жидкости, находящейся над перфоратором, для этого перфоратор выдерживают в течении 1-2 минут, при этом пружина 18 разжимается, создавая дополнительное усилие на поршень 6 и жестко соединенные с ним последовательно дополнительный поршень 20, шток 10, опору 8, при этом резцы 11 втягиваются из перфорированных отверстий, и двигаясь по пазам 3 клина 2 и радиальным пазам 9 опоры 8 возвращаются в исходное положение. Далее перфоратор посредством каната 33 извлекают на дневную поверхность.
При необходимости дальнейшей перфорации скважины 14 в другом интервале необходимо заменить разрушенный срезной элемент 32 и установить клапан 17 в транспортное положение, зафиксировав его с помощью ограничителя 28, и затем, спустив перфоратор в скважину, повторить выше описанный цикл операций.
Предлагаемый перфоратор для скважины с достаточной эффективностью перфорирует стенку скважины на различной глубине, при этом в процессе его подъема после проведения перфорации исключен контакт резцов с внутренней стенкой скважины, при этом не происходит задиров на внутренней стенке скважины и прихватов перфоратора, что позволяет сократить время на подъем, особенно при перфорации на большой глубине, а следовательно снизить материальные и финансовые затраты.