РЕЖУЩИЙ УЗЕЛ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО ЩЕЛЕВОГО ПЕРФОРАТОРА
CUTTING UNIT OF HYDROMECHANIC SLOT-TYPE PERFORATOR

Предлагаемое изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин, в частности к конструкции устройств для вскрытия продуктивных пластов путем гидромеханической щелевой перфорации, и может быть использовано при строительстве и ремонте скважин различного назначения.
Из уровня техники известны режущие узлы гидромеханических щелевых перфораторов, включающие режущие инструменты, позволяющие одновременно формировать как минимум две перфорационные щели в эксплуатационной колонне, с механизмом их выдвижения, например, раскрытые в патентах RU 2249678 C2, МПК E21B 43/112, 10.04.2005 г., RU 2371569 C1, МПК E21B 43/112, 27.10.2009 г., RU 86654 U1, МПК E21B 43/112, 10.09.2009 г., RU 2348797 C1, МПК E21B 43/112, 10.03.2009 г. При этом размер режущих инструментов, используемых в указанных конструкциях режущих узлов, приближается к диаметру корпуса перфоратора, что позволяет формировать перфорационные щели значительной глубины.
Недостатком указанных режущих узлов является использование в них механизмов выдвижения режущих инструментов, предполагающих наличие значительного расстояния между режущими инструментами в рабочем положении, обусловливающего значительный перепад высот у формируемых одновременно перфорационных щелей.
Известен режущий узел гидромеханического щелевого перфоратора, раскрытый в патенте на полезную модель RU 100802 U1, МПК E21B 43/112, 27.12.2010 г., устраняющий этот недостаток. Он является наиболее близким к предлагаемому изобретению и принимается за прототип.
Режущий узел гидромеханического щелевого перфоратора по прототипу включает выдвижные режущие диски, установленные на осях верхнего и нижнего держателей, установленных внутри корпуса перфоратора при помощи пальцев, при этом верхний держатель закреплен на плунжере, а нижний держатель закреплен на корпусе, кроме того, держатели выполнены плоскими и расположены в одной плоскости с возможностью отклонения в противоположные стороны при поступательном воздействии плунжера, кроме того, взаимодействующие друг с другом рабочие поверхности держателей выполнены на торцах держателей с округлением, при этом нижний держатель дополнительно снабжен опорной поверхностью с возможностью воздействия на нижнюю пружину через опорную шайбу, при этом нижняя пружина расположена в стакане - натяжителе.
Режущие инструменты устройства по прототипу смонтированы достаточно близко друг к другу на держателях. Выдвигаясь в противоположные стороны при оппозитном движении и взаимодействии держателей, режущие инструменты совершают встречно-радиальное перемещение и, принимая рабочее положение, оказываются приблизительно на одном уровне относительно вертикальной оси перфоратора. Этим обеспечивается вскрытие эксплуатационной колонны с одновременным формированием двух перфорационных щелей с минимальным перепадом высот между ними.
Недостатком режущего узла по прототипу является отсутствие эффективного механизма приведения выдвигающихся деталей в первоначальное (транспортное) положение после окончания перфорации, а также отсутствие средств их удержания, фиксации в этом положении. Так, прототип не предусматривает никакого средства для возвращения нижнего режущего диска в транспортное положение и удержания его в этом положении. Верхний режущий диск, который при снижении рабочего давления поднимается на держателе вместе с поршнем, принимает первоначальное положение под действием силы собственной тяжести. Однако прототип не предусматривает средства, удерживающего верхний режущий диск в корпусе перфоратора при его транспортировке. Учитывая особенности конструкции режущего узла по прототипу, это может привести к самопроизвольному выдвижению режущих дисков из корпуса как при транспортировке перфоратора, так и при опускании его в скважину, а также к невозможности извлечения устройства из скважины после проведения перфорации. Кроме того, самопроизвольное выдвижение режущих дисков из корпуса может привести к их повреждению, а также к травмированию работающего с прибором персонала.
Задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и безопасности перфоратора, улучшение его эксплуатационных характеристик.
Указанный технический результат достигается за счет снабжения известной конструкции режущего узла перфоратора механизмом приведения выдвигающихся деталей в транспортное положение и фиксации их в этом положении.
Режущий узел гидромеханического щелевого перфоратора, выполненный в корпусе перфоратора, приводимый в действие поршнем или плунжером, включает выдвижные режущие инструменты, размещенные на держателях, один из которых зафиксирован относительно поршня (плунжера), а другой - относительно корпуса перфоратора, при этом держатели выполнены с возможностью взаимодействия и перемещения относительно друг друга с выдвижением режущих инструментов в противоположные стороны при перемещении поршня (плунжера). Согласно изобретению режущий узел дополнительно снабжен механизмом приведения выдвигающихся деталей в транспортное положение и фиксации их в этом положении, включающим по крайней мере один направляющий паз, выполненный в держателе, зафиксированном относительно корпуса, и по крайней мере одну тягу, прикрепленную к держателю, зафиксированному относительно поршня (плунжера) или к поршню (плунжеру), выполненную с возможностью перемещения по пазу и обеспечения тем самым возврата держателя с пазом в транспортное положение при обратном движении поршня (плунжера), и включающим выемку, выполненную в держателе, зафиксированном относительно поршня (плунжера), в форме, близкой рельефу кромки корпуса, с возможностью фиксации этого держателя в корпусе при отсутствии давления на поршень (плунжер) за счет сцепления кромки корпуса с выемкой держателя.
Описанная конструкция режущего узла перфоратора за счет наличия паза и тяги позволяет при снижении рабочего давления на поршень (плунжер) приводить в транспортное положение и фиксировать в нем режущий диск, размещенный на держателе, закрепленном относительно корпуса; а за счет наличия специальной выемки в держателе режущего инструмента, закрепленном относительно поршня (плунжера), - позволяет надежно фиксировать внутри корпуса этот режущий инструмент вместе с его держателем. Этим обеспечивается надежная фиксация режущих инструментов в корпусе перфоратора в транспортном положении, что исключает их самопроизвольное выдвижение.
Режущий узел по предлагаемому изобретению может иметь следующие особенности.
Держатели могут иметь форму клин-серег, выполненных с возможностью поворота при взаимодействии их клиновых поверхностей друг с другом. Такая форма позволяет однозначно задать направление для выдвижения держателей, что является необходимым в начале процесса их выдвижения.
Клиновые поверхности клин-серег могут иметь округлую форму. В результате проведения кинематического анализа определено, что данная форма позволяет сохранить практически неизменной величину усилия, направленного на выдвижение держателей из корпуса перфоратора, на любой стадии процесса выдвижения.
Кроме того, округлая форма клиновых поверхностей позволяет клин-серьгам плавно возвратиться в первоначальное положение при снижении интенсивности их взаимодействия, при этом предотвращается заклинивание держателей в рабочем, выдвинутом положении.
В устройстве по предлагаемому изобретению могут быть использованы различные варианты исполнения режущих инструментов.
Режущие инструменты могут быть смонтированы на держателях в виде дисков (фрез), установленных на осях, либо в виде резцов, либо в виде ножей.
Кроме того, режущие инструменты могут быть выполнены непосредственно на держателях, например, в виде их кромки, определенным образом обработанной для придания режущих свойств, например, заточенной или снабженной твердосплавными вставками.
Заявляемое устройство в одном из возможных вариантов его исполнения представлено на чертеже.
Устройство представляет собой режущий узел гидромеханического щелевого перфоратора, выполненный в корпусе 1 перфоратора, приводимый в действие поршнем 2, включающий выдвижные режущие инструменты 3, размещенные на держателях 4, 5, один 4 из которых зафиксирован относительно поршня 2, а другой 5 - относительно корпуса 1 перфоратора. Держатели 4, 5 выполнены с возможностью взаимодействия и перемещения относительно друг друга с выдвижением режущих инструментов 3 в противоположные стороны при перемещении поршня 2. Режущий узел снабжен механизмом приведения выдвигающихся деталей в транспортное положение и фиксации их в этом положении. Этот механизм включает направляющий паз 6, выполненный в держателе 5, зафиксированном относительно корпуса 1, и тягу 7, прикрепленную к поршню 2, выполненную с возможностью перемещения по пазу 6 и обеспечения тем самым возврата держателя 5 с пазом 6 в транспортное положение при обратном движении поршня 2; а также включает выемку 8, выполненную в держателе 4, зафиксированном относительно поршня 2, в форме, близкой рельефу кромки 9 корпуса 1, с возможностью фиксации этого держателя 4 в корпусе 1 при отсутствии давления на поршень 2 за счет сцепления кромки 9 корпуса 1 с выемкой 8 держателя 4.
В представленном на чертеже варианте исполнения устройства держатели 4, 5 представляют собой клин-серьги, выполненные с возможностью поворота при взаимодействии их клиновых поверхностей 10 друг с другом. Клиновые поверхности 10 клин-серег имеют округлую форму. Режущие инструменты 3 смонтированы на держателях 4, 5 в виде дисков, установленных на осях.
Устройство работает следующим образом.
Под воздействием рабочей жидкости поршень 2 движется поступательно вдоль оси перфоратора, приводя в действие механизмы режущего узла. Держатель 4, зафиксированный относительно поршня 2, движется навстречу держателю 5, зафиксированному относительно корпуса 1. При соприкосновении держателей 4, 5 их клиновые поверхности 10 вступают во взаимодействие и перемещаются относительно друг друга. При этом размещенные на держателях 4, 5 режущие инструменты 3 выдвигаются в противоположные стороны, и принимают рабочее положение. Осуществляется щелевая перфорация. По окончании процесса формирования перфорационных щелей и, при необходимости, осуществления через перфоратор других скважинных операций (намыв каверн, гидродинамическое воздействие на пласт, кислотная обработка и т.п.) рабочее давление снижается, поршень 2 совершает обратное движение, приходя в первоначальное положение. Следуя движению поршня 2, прикрепленная к нему тяга 7 начинает обратное движение по пазу 6 держателя 5, зафиксированного относительно корпуса 1 перфоратора, приводит этот держатель 5 вместе с его режущим инструментом 3 в первоначальное (транспортное) положение и удерживает их в этом положении. Следуя движению поршня 2, держатель 4, зафиксированный относительно него, также перемещается в первоначальное положение. Когда он достигает кромки 9 корпуса 1 перфоратора, выемка 8 держателя 4 совпадает с кромкой 9 корпуса 1 перфоратора и происходит их сцепление. Таким образом, держатель 4, приняв транспортное положение, фиксируется в корпусе.
Приведенный в транспортное положение перфоратор может быть извлечен из скважины либо перемещен на новый интервал перфорации для продолжения работы без угрозы самопроизвольного выдвижения режущих инструментов и заклинивания в скважине.