УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВТОРИЧНОГО ВСКРЫТИЯ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам, применяемым при вторичном вскрытии продуктивных пластов механической обработкой.
Известно режущее устройство для образования выреза вблизи скважины, пересекающей подземный пласт, содержащее рычаг пилы, шарнирно соединенный с корпусом с возможностью поворота между первым положением, в котором рычаг пилы расположен по существу параллельно продольной оси корпуса, и вторым положением, в котором рычаг пилы расположен в направлении от продольной оси корпуса, бесконечную цепь, снабженную режущими элементами и окружающую рычаг пилы, и приводное средство, заставляющее цепь обегать вокруг рычага пилы, приводное средство содержит гидравлический двигатель, подвижно установленный внутри корпуса с возможностью в ответ на прилагаемое к нему гидравлическое давление перемещаться вдоль корпуса вместе с поворачивающим механизмом, заставляя тем самым рычаг пилы поворачиваться во второе положение, и имеется пружинный механизм, заставляющий рычаг пилы поворачиваться обратно в первое положение при отсутствии гидравлического давления на двигатель (патент на изобретение RU №2137912, опубл. 20.09.1999 г.).
К недостатку известного устройства следует отнести низкую надежность. Указанный недостаток проявляются в том, что из-за вертикальных перемещений устройства в скважине, вызываемых растяжением насосно-компрессорных труб под действием давления закачиваемой рабочей жидкости, в связи с отсутствием фиксирующего приспособления корпуса к стенке скважины, произойдет разрушение режущего элемента и самой цепи, что приведет к аварии.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для вторичного вскрытия продуктивного пласта механической обработкой, включающее корпус с размещенным в нем узлом бурения, в котором установлен привод для вращения и подачи бурового приспособления, механизмы фиксации корпуса к стенке ствола скважины, подвеску корпуса в виде каротажного кабеля, при этом, буровое приспособление в устройстве выполнено в виде шины и кинематически связанной с узлом бурения, звездочки на ее конце, соединенном с ползуном, связанным с узлом бурения и установленным в направляющих, прикрепленных к корпусу и расположенных вдоль него, причем вокруг шины расположен гибкий рабочий орган, а в шине выполнен продольный направляющий паз, в котором размещена каретка, установленная на оси, прикрепленной к корпусу (патент на изобретение RU №2322572, опубл. 20.04.2008 г.) - прототип.
Недостатками данного устройства являются то, что в случае отказа электродвигателя в электроприводе, буровое приспособление не сможет вернуться в корпус прибора, т.е прибор заякорится в сформированном канале, что не позволит извлечь прибор из скважины, это приведет к аварии, так как для того, чтобы затянуть буровое приспособление в исходное положение требуется обязательное включение реверса подачи электропривода. Так же из-за специфической геометрии радиуса пропила при подъеме устройства из скважины невозможно осуществить принудительный возврат бурового приспособления в корпус (сложить его). Кроме того, в известном устройстве подача бурового приспособления жесткая и постоянная, осуществляется винтовой парой через электродвигатель, что может привести к поломке бурового приспособления при встрече с твердой породой пласта. Также аварийная ситуация в скважине создается если рабочий орган (цепь) затупится. Попадание твердых частиц, образующихся при разрушении стенок обсадной трубы и горной породы при прорезании канала, на резьбу винтовой пары, может привести к заклиниванию гайки, что так же не позволит вернуть буровое приспособление в исходное положение.
Технической задачей полезной модели является повышение надежности устройства при одновременном расширении его функциональных возможностей.
Техническая задача решается тем, что заявляемое устройство для вторичного вскрытия продуктивного пласта включает корпус с размещенным в нем приводом для вращения и подачи бурового приспособления, последнее выполнено в виде шины с гибким рабочим органом, шина снабжена ведущей звездочкой, буровое приспособление кинематически связано с приводом, корпус снабжен механизмом для фиксации к стенке ствола скважины, при этом, буровое приспособление шарнирно закреплено на корпусе, дополнительно установлена гидросистема, состоящая из соединенных друг с другом насоса, гидроцилиндра с подпружиненным штоком и клапана предельного давления, насос кинематически связан с приводом, а подпружиненный шток гидроцилиндра соединен с шиной посредством шатуна.
Механизм фиксации корпуса к стенке ствола скважины выполнен в виде, по меньшей мере, одного гидроцилиндра со штоком и возвратной пружиной.
Сравнение заявляемой полезной модели с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:
- буровое приспособление шарнирно закреплено на корпусе;
- в устройстве дополнительно установлена гидросистема, состоящая из соединенных друг с другом насоса, гидроцилиндра со штоком, клапана предельного давления;
- насос гидросистемы кинематически связан с приводом;
- подпружиненный шток гидроцилиндра соединен с шиной посредством шатуна.
Выполнение механизма фиксации в заявляемом устройстве в виде, по меньшей мере, одного гидроцилиндра со штоком и возвратной пружиной, позволяет дополнительно повысить надежность заявляемого устройства.
Следует отметить, что в заявляемом техническом решении, усилие на поворот бурового приспособления осуществляется за счет гидроцилиндра. Предварительные расчеты показывают, что заявляемая конструкция позволяет за счет использования гидроцилиндра с шатуном для поворота бурового приспособления увеличить длину шин до 1,0 метра, что значительно увеличивает площадь вскрытия пласта. Заявляемая конструкция исключает возможность поломки бурового приспособления при встрече с твердой породой или при затуплении режущих кромок цепи, т.к. в этом случае цепь будет вращаться, а усилие на поворот бурового приспособления для проходки не превысит критического уровня, что обеспечивается за счет применения гидравлической контролируемой подачи на поворот бурового приспособления с использованием клапана предельного давления. Конструкция обеспечивает возможность беспрепятственного возврата бурового приспособления в исходное транспортное положение даже при поломке двигателя привода, что осуществляется за счет воздействия на шток гидроцилиндра давления столба жидкости находящейся в скважине. Все это исключает заклинивание устройства в скважине, снижает вероятность аварий при работе. Исходя из вышеизложенного можно предположить, что заявленная полезная модель соответствует критерию «новизна».
Устройство может быть изготовлено на стандартном оборудовании с использованием известных технологических процессов, поэтому оно соответствует критерию «промышленная применимость».
На Фиг.1 схематично изображено устройство, где вращение ведущей звездочки и работа насоса осуществляется, например, шестеренной передачей от приводного вала.
Устройство содержит спускаемый на геофизическом кабеле 1 корпус 2, в котором размещен электропривод 3, редуктор 4 с приводным валом 5. Вал 5 кинематически связан с насосом 6 и ведущей звездочкой 7 бурового приспособления 8, шарнирно закрепленного осью 9 на корпусе 2. Буровое приспособление 8 выполнено в виде шины 10. Вокруг шины 10 с ведущей звездочкой 7 находится замкнутый гибкий рабочий орган 11, выполненный в виде алмазированной или армированной твердосплавными пластинами цепи (на Фиг.1 показана условно), в шине 10 на оси 12 установлен шатун 13, соединенный со штоком 14 гидроцилиндра 15 (в случае с двумя гидроцилиндрами, их устанавливают с обеих сторон шины 10). В гидроцилиндре 15 размещена пружина сжатия 16 и выполнено циркуляционное отверстие 17. Так же в корпусе 2 размещен, по меньшей мере, один механизм фиксации 18 корпуса 2 к внутренней стенке эксплуатационной колонны 19. Механизм фиксации 18 выполнен в виде гидроцилиндра 20, штока 21, пружины сжатия 22 и циркуляционного отверстия 23.
Насос 6 соединен гидравлической линией 24 с полостью для маслонаполненного двигателя электропривода 3 и гидравлической линией 25 с полостями гидроцилиндров 15 и 20. Гидроцилиндр 15 снабжен клапаном предельного давления 26, соединенным с полостью электропривода 3.
Устройство работает следующим образом.
Устройство спускают в скважину к интервалу перфорации на геофизическом кабеле 1. Затем, подают ток к двигателю электропривода 3, вращающий момент от которого, через редуктор 4 с приводным валом 5 передается, кинематически связанной с ним одним, ведущей звездочке 7 и рабочему органу 11 бурового приспособления 8. Одновременно от вала 5 приводится в движение, кинематически связанный с ним, насос 6, который перекачивает рабочую жидкость из полости электропривода 3 по гидравлической линии 24 в полость гидроцилиндра 20 механизма фиксации 18 и в полость гидроцилиндра 15 по гидравлической линии 25. Шток 21 механизма фиксации 18 выдвигается, сжимая пружину 22, фиксируя корпус 1 с внутренней стенкой обсадной колонны 19. Одновременно, давление масла, создаваемое насосом 6 в полости гидроцилиндра 15, достигает заданного. Осевое усилие выдвигает шток 14 гидроцилиндра 15, сжимая пружину 16 и передавая движение шатуну 13 через ось 12. Поскольку шатун 13 в начальном положении отклонен от центрального положения, то он начинает движение, сохраняя уклон и поворачивая шину 10 с гибким рабочим органом 11 бурового приспособления 8 из продольного положение в поперечное относительно ствола скважины. Таким образом, поворот шины 10 осуществляется при помощи кривошипно-шатунного механизма, состоящего из штока 14 и шатуна 13 с углом действия 90°С. При этом рабочий орган 11 бурового приспособления 8 врезается сначала в стенку эксплуатационной колонны 19 и далее в горную породу за ней, формируя канал.
Возвращение в исходное положение бурового приспособления 8 и раскрепление механизма фиксации 18 от стенки колонны 19, происходит следующим образом.
После получения информации от индикатора перемещения (не показан), что буровое приспособление 8 повернулось на необходимый градус, включают реверс на двигателе электропривода 3. При этом насос 6 перекачивает масло из полостей гидроцилиндров 15 и 20 обратно в камеру электропривода. Подпружиненные штоки 14 и 21 перемещаются в исходное положение, при этом шина 10 бурового приспособления 8 возвращается в корпус 2, а механизм фиксации 18 раскрепляется. Так же для возврата бурового приспособления 8 в исходное положение достаточно приподнять устройство на геофизическом кабеле 1 вверх.
После окончания работы, устройство перемещают на следующий интервал перфорации. Цикл повторяют.
Заявляемая полезная модель позволяет повысить надежность устройства для вторичного вскрытия пласта, за счет применения регулируемой, гидравлической подачи на поворот шины, с использованием клапана предельного давления, обеспечение возможности безопасного извлечения устройства из скважины, увеличение площади вскрытия продуктивного пласта.