ПЕРФОРАТОР ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ЩЕЛЕВОЙ

Полезная модель относится к области бурения и эксплуатации скважин, в частности, к устройству для создания перфорационных щелей в обсадной колонне, цементном камне и горной породе.
Из уровня техники известен гидромеханический скважинный перфоратор, содержащий корпус, режущий инструмент в виде накатного диска, гидромониторную насадку, полый шток-фильтр, расположенный в двух гидроцилиндрах, поршень-толкатель с гидроканалами, связанный с осью накатного диска, расположенной в направляющих пазах боковых пластин, которые охватывают клиновый паз, содержащий съемные пластины (патент RU №2182221 С1. МПК7 Е21 В 43/114, 10.05.2002.).
При одностороннем воздействии режущего инструмента на эксплуатационную колонну требуются дополнительные усилия, т.к. при прижиме устройства к ней необходимо преодолевать силы трения при перемещении устройства вверх-вниз, что приводит к быстрому износу.
Кроме того, в силу сложности конструкции устройства, снижается его надежность и технологичность при эксплуатации.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является Перфоратор гидромеханический щелевой, по патенту RU №2249678, С2, МПК7 Е 21 В 43/112.
Перфоратор содержит корпус, размещенный в нем поршень-толкатель и выдвижной режущий инструмент, выполненный в виде установленных на осях режущих дисков с механизмом выдвижения, с возможностью выполнения режущими дисками диаметрально расположенных щелей в колонне, при этом механизм выдвижения дисков включает смонтированные на центральной оси коромысла, в плечах которых в отверстиях установлены оси режущих дисков и
которые выполнены с возможностью поворота при перемещении поршня толкателя, гидромониторные насадки.
Недостатком указанного перфоратора является невозможность достижения требуемой ширины диаметрально противоположной щели в эксплуатационной колонне от второго режущего диска и полное отсутствие ее формирования при длительной работе перфоратора, т.к. плечо сил первого режущего диска больше чем у второго режущего диска и наблюдается интенсивный износ дисков, что часто не обеспечивает выхода второго режущего диска за внешнюю стенку эксплуатационной колонны.
Другим недостатком перфоратора является неэффективная обработка призабойной зоны при гидромониторной обработке цементного камня и горной породы за колонной, т.к. давление, которое выдерживают трубы и перфоратор является недостаточным для разрушения горных пород.
Кроме того, гидромониторные насадки, выполненные из недостаточно прочного материала, например, из металла, имеют низкую износостойкость, и, в случае использования гидроабразивной жидкости вскрытия, быстро изнашиваются и выходят из строя.
Задачей предлагаемого технического решения является улучшение технологии перфорации и обеспечение повышения производительности.
Технический результат, который обеспечивает предлагаемое изобретение, заключается в изменении конструкции режущего узла, в частности в изменении соотношения осевых расстояний верхнего и нижнего режущих дисков от центральной оси, использовании в качестве жидкости вскрытия гидроабразивной жидкости, а также в применении более прочных гидромониторных насадок.
Для решения поставленной задачи в известном перфораторе гидромеханическом щелевом, содержащем корпус, размещенный в нем поршень-толкатель и выдвижной режущий инструмент в виде установленных на осях режущих дисков с механизмом их выдвижения, с возможностью выполнения режущими дисками двух диаметрально расположенных щелей,
при этом механизм выдвижения дисков включает коромысла, установленные на центральной оси, в плечах которых установлены оси режущих дисков, при этом коромысла выполнены с возможностью поворота при перемещении поршня толкателя, и гидромониторные насадки, согласно полезной модели, отношение осевых расстояний до центральной оси нижнего и верхнего режущих дисков определяются диаметром эксплуатационной колонны и составляет соответственно 1.15-1.25. Кроме того:
- гидромониторные насадки изготовлены из металлов твердых сплавов или керамики, или с использованием камня;
- в качестве жидкости вскрытия используют гидроабразивную жидкость.
Увеличение расстояния между осью нижнего диска и осью перфоратора позволяет обеспечить выход нижнего диска на значительно большее расстояние, по сравнению с прототипом, и, следовательно, гарантировать размеры щели, получаемой от нижнего диска, что значительно улучшает технологию перфорации.
Изготовление гидромониторных насадок из высокопрочных материалов позволяет использовать гидроабразивную жидкость, которая при прочих равных условиях позволяет надежно разрушать, например, цементный камен за эксплуатационной колонной.
Предлагаемый щелевой гидромеханический перфоратор поясняется рисунками. На фиг.1 - схематичное изображение устройства в исходном положении (вертикальный разрез); на фиг.2 - схематичное изображение режущего узла, поясняющего работу устройства; на фиг.3 - поперечный разрез А-А фиг.1.
Перфоратор гидромеханический щелевой содержит корпус, состоящий из пяти частей: поз: 1, 2, 3, 4, 5, где 1 - муфта для присоединения насосно-компрессорных труб (НКТ), в которой расположен срезной циркуляционный клапан 6 и срезные штифты 7. В верхнем гидроцилиндре 2 расположен
подпружиненный пружиной 8 поршень 9 с полым шток-фильтром 10, связанным с поршнем-толкателем 11.
Верхний гидроцилиндр 2 соединен с нижним гидроцилиндром 3, в котором размещены средоразделитель 12, являющийся опорой для пружины 8 и герметизирующий верхний и нижний гидроцилиндры, и шток-фильтр 10 между собой, который имеет центральный канал с посадочным гнездом под шаровой клапан 13, перекрывающий центральный промывочный канал 14 поршня-толкателя 11. Верхняя часть поршня-толкателя 11 (поршень) круглого сечения снабжена устройством для фиксации нижнего конца пружины 15, верхний конец которой фиксируется устройством 16, размещенным в верхней части гидроцилиндра 3, а нижняя часть поршня-толкателя 11 выполнена в виде клиновой вилки.
В поршне-толкателе 11 выполнены три гидравлических канала: центральный промывочный 14 и два боковых- 17, нижние концы которых оборудованы гидромониторными насадками 18. Корпус 4 режущего узла соединен с нижним гидроцилиндром 3. В корпусе 4 имеется центральная ось 19, на которой расположены коромысла 20 в виде двух фигурных пластин, между которыми на осях 21 расположены режущие диски 22. В пластинах коромысел 20 имеются отверстия под оси 21 режущих дисков 22.
Коромысла 20 своими концами контактируют в верхней части с клиновой вилкой поршня-толкателя 11, а в нижней - с клиновой опорой- вилкой 23, которая связана с поршнем-толкателем 11 при помощи двух тяг с пазами ( на рис. не показаны) для центральной оси 19.
Работает устройство следующим образом.
На колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) перфоратор опускается в скважину к месту перфорации. После установки устройства в скважине проводят прямую промывку полостей труб и полости устройства от окалины и механических примесей, которые попадают в полость труб во время геофизических работ по привязке устройства к интервалу резки. Затем в полость труб опускают шар малого диаметра 19 мм, который, проходя через
подвеску НКТ, срезной циркуляционный клапан 6, полый шток-фильтр 10, опускается в посадочное гнездо 13 поршня - толкателя шток-фильтра 10 и перекрывает центральный промывочный канал 14 поршня-толкателя 11. После чего в НКТ через гидромониторные насадки 18 заливают гидроабразивную жидкость и создают рабочее давление насосным агрегатом. При создании рабочего давления в полости труб жидкая среда воздействует на поршень 9, одновременно проходя через отверстия в шток-фильтре 10, воздействует на полость нижнего гидроцилиндра 3, перемещая поступательно поршни 9 и 11. Воздействуя на поршень-толкатель 11, который передвигается поступательно вдоль оси устройства, последний своей клиновой вилкой поворачивает через ось 19 коромысел 20 и выталкивает режущий узел с режущими дисками 22 до упора с эксплуатационной колонной.
Создавая ступенчатое давление от 1.0 до 8.0 МПа в полости НКТ, прибор перемещают вверх-вниз, производя постепенное вдавливание режущих дисков 22 в стенку эксплуатационной колонны.
После образования перфорационных щелей в эксплуатационной колонне давление в полости труб поднимают до 20 МПа, реализуя гидромониторный эффект струй. Струи гидроабразивной смеси, например, с песком, выходя с большой скоростью из гидромониторных насадок, разрушают под действием сильного напора цементный камень и породу за эксплуатационной колонной. Таким образом, идет гарантированная намывка каверны по все длине щели. После намыва каверны давление в трубах сбрасывают до атмосферного и производят подъем перфоратора.
Пример конкретного выполнения поясняется с помощью фиг.2-3., где:
1
h - выход верхнего режущего диска;
2
h - выход нижнего режущего диска;
1
l - межосевое расстояние верхнего режущего диска (80 мм);
2
l - межосевое расстояние нижнего режущего диска (96 мм);
S - толщина стенки эксплуатационной колонны (10 мм);
t - односторонний зазор между перфоратором и внутренней стенкой колонны (t=(146-2S)-Dn);
Dn - диаметр перфоратора (115 мм).
R - радиус режущего диска (57 мм).
Rp -рабочий ход режущего диска (28 мм).
В существующих перфораторах межосевые расстояния обоих режущих дисков равны (прототип).
В прототипе применяется пара коромысел с межосевым расстоянием верхнего и нижнего режущих дисков и центральной осью, равным 80 мм..
1
2
Расстояние от центральной оси перфоратора до вершины дисков в рабочем положении составляет l=l=28+Rp=28+57=85 мм.
При формировании щели верхний режущий диск выходит на максимальное расстояние за пределы наружного диаметра эксплуатационной колонны, т.к. отсутствие воздействия усилий на нижний режущий диск позволяет переместить перфоратор до контакта с внутренним диаметром колонны.
Выход верхнего режущего диска составит:
1
h=85-1/2Dn-S=85-115/2-10=17.5 мм.
Выход нижнего режущего диска составит:
2
h=85-1/2Dn-t-S, где t=(146-2S)-Dn=(146-20)-115-11 мм, тогда
2
h=85-115.2-11-10-6.5 мм.
Таким образом, наглядно виден недостаток существующей конструкции.
Пример конкретного выполнения предлагаемого перфоратора, когда межосевое расстояние нижнего режущего диска и центральной осью составляет, например, 96 мм.
1
2
В этом случае рабочий ход верхнего режущего диска составляет также - 28 мм, а нижнего - 33.6 мм. При данном соотношении межосевых расстояний выход верхнего режущего диска составит, как и вышеприведенном примере, h=17.5 мм, а нижнего режущего диска, согласно расчетам, составит - h=6.5+(33.6-28)=12.1 мм.
Преимущества предлагаемого перфоратора заключаются в следующем:
1. За счет увеличения межосевого расстояния нижнего режущего диска с центральной осью производится гарантированное формирование двух диаметральных щелей.
2. Использование предлагаемых гидромониторных насадок позволяет разрушать цементный камень и горную породу за эксплуатационной колонной на требуемую глубину.
3. Использование в составе жидкости вскрытия абразива позволяет гарантированно разрушить породу за эксплуатационной колонной.
Следовательно, можно сделать вывод, что предлагаемое техническое решение в качестве полезной модели, является новым, т.к. из уровня техники не известны решения, имеющие аналогичное конструктивное решение, позволяющее получить указанный результат. Кроме того, предложенное решение промышленно применимо.