ПРОКАЛЫВАЮЩИЙ ПЕРФОРАТОР
PENETRATING PERFORATOR

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин, точнее, к устройствам для пробивки отверстия в колонне труб, находящихся в скважине при текущем и капитальном ремонте.
Известен прокалывающий перфоратор, содержащий корпус, подпружиненную пару поршень-плунжер, образующую в корпусе надпоршневое и подплунжерное пространство, рабочий поршень в подплунжерном пространстве с размещенным в нем прокалывающим инструментом, энергопривод, подающий рабочую жидкость, выполненный в виде герметично установленной на корпусе трубы с приборной головкой и с расположенным внутри нее трубчатым электронагревателем, переводник, установленный между корпусом и энергоприводом, в котором выполнен канал, гидравлически соединяющий надпоршневое пространство и полость трубы энергопривода, питающий кабель, энергопривод установлен внутри теплоизоляционного кожуха с образованием между ними герметичной полости, в верхней части трубчатого электронагревателя, установленного с возможностью осевого перемещения, расположен проводник, контактирующий с муфтой, электрически связанной с питающим кабелем, в нижней части трубчатого электронагревателя расположен корпус с упорным буртом, содержащий внутри тягу с ограничителем свободного хода, жестко связанную с парой поршень-плунжер, выполненной в виде двух элементов, соединенных между собой посредством сферического шарнира, трубчатый электронагреватель, корпус с упорным буртом и поршень пары поршень-плунжер соосны между собой (патент РФ №2355877 E21B 43/112, опубл 20.05.2009 г.).
Недостатками этого технического решения являются конструктивная сложность и необходимость использования питающего электрокабеля с источником электропитания.
Наиболее близким к предложенному техническим решением является прокалывающий перфоратор, содержащий корпус, соединенный с насосно- компрессорными трубами (НКТ), пробойники, установленные в корпусе в цилиндре с штоковой и бесштоковой полостями с возможностью перемещения в радиальном направлении в результате создания в цилиндрах давления рабочей жидкости, мультипликатор для преобразования давления рабочей жидкости, гидравлический распределитель потока, соединенный с полостями цилиндров пробойников и кинематически связанный с поршнем мультипликатора с возможностью его переключения и передачи давления рабочей жидкости поочередно в штоковые и бесштоковые полости цилиндров и последующего сброса давления в полость колонны для перемещения пробойников и прокола колонны, а также возврата их в исходное положение, пружину для его возврата в исходное положение после сброса давления рабочей жидкости (патент РФ №2420656, опубл. 10.06.2011 г.)
Это устройство также имеет сложное конструктивное выполнение. Срабатывание устройства сопровождается выдавливанием (сбросом) рабочей жидкости в перфорируемую колонну.
Общим недостатком известных устройств является нестабильность порога срабатывания.
Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание прокалывающего перфоратора простой конструкции, обеспечивающего срабатывание при заданной заранее величине давления рабочей жидкости, обеспечение гарантированной пробивки отверстия в колонне труб без попадания рабочей жидкости в перфорируемую колонну и возврат пробойника в исходное положение.
Для решения этой технической задачи предлагается прокалывающий перфоратор, содержащий размещенные в корпусе с возможностью перемещения в продольном направлении поршень со штоком, возвратную пружину, установленную на штоке, уплотняющую втулку, пробойник, установленный в корпусе в уплотняющей манжете с возможностью перемещения в радиальном направлении, на штоке выполнен по крайней мере один продольный паз, длина которого больше рабочей толщины уплотняющей втулки. В устройство может быть введен фиксирующий поршень срезной штифт.
Источники информации, содержащие всю совокупность признаков заявляемого прокалывающего перфоратора при проведении поиска по патентной и научно-технической литературе, не обнаружены. Совокупность существенных признаков заявляемого прокалывающего перфоратора не следует явным образом из изученного уровня техники, имеет существенные отличия от рассмотренных аналогов. Предлагаемый прокалывающий перфоратор может быть использован для пробивки отверстия в колонне труб, находящихся в скважине при текущем и капитальном ремонте. Поэтому заявитель считает, что заявляемый прокалывающий перфоратор соответствует критериям патентоспособности изобретения «новизна», «промышленная применимость» и «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых показан пример выполнения заявляемого прокалывающего перфоратора. Представленный пример не охватывает все возможные варианты изготовления и использования предлагаемого прокалывающего перфоратора в соответствии с изобретением.
На фиг.1 показан общий вид примера выполнения прокалывающего перфоратора, на фиг.2 и 3 - сечения по А-А и Б-Б фиг.1 соответственно.
На фигурах обозначены: состоящий из элементов 1, 2, 3, 4 корпус, поршень 5 со штоком 6, пробойник 7, возвратная пружина 8, уплотняющая втулка 9, срезной штифт 10, на штоке 6 выполнены три продольных паза 11, возвратная пружина 8 размещена на штоке 6 между уплотняющей втулкой 9 и поршнем 5 в полости 12. Поз.13 обозначена уплотненная полость 13, поз.14 обозначены четыре паза в головке 15 поршня 5, поз.16 - отверстие в элементе 4 корпуса, которое обеспечивает соответственно перетекание масла в процессе работы устройства между уплотненной полостью 13 и объемом с тыльной стороны пробойника 7 (с внутренней стороны уплотняющей манжеты 20), поз.17 обозначен штуцер для присоединения насосно-компрессорных труб (НКТ), поз.18 - наконечник устройства, поз.19 - гайка для закрепления уплотняющей втулки 9 в элементе 3 корпуса. Пробойник 7 установлен на уплотняющей манжете 20 в элементе 4 корпуса, тыльная сторона пробойника 7 сообщается с полостью 13 через отверстие 16 в элементе 4 корпуса.
Устройство работает следующим образом:
В исходном состоянии уплотненная полость 13 и внутренняя сторона уплотняющей манжеты 20 (объем с тыльной стороны пробойника 7), которая сообщается с полостью 13 через отверстие 16 в элементе 4 корпуса, в исходном состоянии заполнены маслом. Опускают прокалывающий перфоратор на расчетную глубину и по насосно-компрессорным трубам (НКТ) (не показаны) подают рабочую жидкость через штуцер 17 и пазы 14 в надпоршневое пространство над поршнем 5. Когда давление рабочей жидкости обеспечит срез срезного штифта 10, поршень 5 со штоком 6 начнет перемещаться под давлением рабочей жидкости в продольном направлении (вниз по фиг.1). При этом перемещение штока 6 увеличивает давление в заполненной маслом полости 13 и в конце движения сжимает возвратную пружину 8. Так как внутренняя сторона уплотняющей манжеты 20 (объем с тыльной стороны пробойника 7) сообщается с полостью 13 через отверстие 16 в элементе 4 корпуса, давление масла перемещает установленный в уплотняющей манжете 20 в элементе 4 корпуса пробойник 7, который выдвигается из элемента 4 корпуса и пробивает отверстие в колонне (не показана). Процесс продолжается до момента, когда продольные пазы 11, длина которых больше рабочей толщины уплотняющей втулки 9, обеспечат сообщение заполненной маслом полости 13 с полостью 12 и, следовательно, переток масла из полости 13 в полость 12, что уравновешивает в них давление. Давление на тыльную сторону пробойника 7 падает. При подъеме прокалывающего перфоратора снижают давление рабочей жидкости и поршень 5 со штоком 6 возвращаются в исходное положение, перекрывая продольные пазы 11. Возвратная пружина 8, сжатая в конце движения поршня 5 со штоком 6 вниз по фиг.1, облегчает начальное перемещение поршня 5 со штоком 6 в исходное положение. Перемещение поршня 5 со штоком 6 в исходное положение (вверх по фиг.1) создает разрежение в полостях 12 13 и, соответственно, гарантированное удержание пробойника 7 в исходном состоянии (в пределах габарита прокалывающего перфоратора).
Установка срезных штифтов 10 различных диаметров обеспечивает срабатывание прокалывающего перфоратора при различном уровне давления рабочей жидкости.
Предлагаемый прокалывающий перфоратор конструктивно прост и надежен в работе. При работе прокалывающего перфоратора отсутствует сброс рабочей жидкости в колонну.