Импульсный гидравлический перфоратор

 

Использование: при создании боковых перфорационных каналов в стволе скважины. Обеспечивает надежную работу за счет простоты конструкции и создание углубленных перфорационных каналов за короткий период времени из-за фиксации корпуса и регулирования частотно-импульсной характеристики. Сущность изобретения: перфоратор состоит из нескольких узлов и секций. Нижняя секция выполнена в виде гидравлического фиксатора-центратора с выдвижными при повышении давления штоками. В средней и верхней секциях выполнены радиальные каналы с размещенными в них узлами генератора импульсов давления. Генератор выполнен в виде вала и турбинок. Турбинки связаны с валом в средней части. На концах валов закреплены плоские кулачки. Они контактируют с дисками. Диски представляют собой элемент открытия-закрытия эксцентричных боковых отверстий. В боковых отверстиях дисков размещены насадки. При этом входные продольные каналы корпусов средней и верхней секций в радиальные каналы выполнены с тангенциальным направлением на турбинки. Выходные осевые каналы гидравлически связывают полости радиальных каналов с полостью нижестоящей секции. 4 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для вторичного вскрытия продуктивных пластов нефтяных, газовых и водозаборных скважин.

Известен гидравлический перфоратор, включающий секционный корпус с продольными каналами, из которых средняя и верхняя секции снабжены соплами, размещенными в боковых отверстиях, нижний узел гидравлического маслонаполненного фиксатора-центратора с выдвижными подпружиненными штоками из цилиндрических полостей и эластичным стаканом, переходный переводник.

Недостатком этого устройства является то, что увеличение дальности и ускорение образования перфорационных каналов осуществляется только за счет обеспечения точечной гидроперфорации с удлиненными соплами. Это, конечно, позволяет повысить эффективность перфорации, в том числе использовать менее абразивные, чем песчано-жидкостные технологические жидкости. Однако непрерывные струи, истекающие из сопл, даже при высоких скоростях, в результате потерь кинетической энергии на расстоянии и сопротивлений возвратных потоков в перфорационных каналах,имеют ограниченные разрушающие возможности.

Наиболее близким является импульсный гидравлический перфоратор, включающий корпус с продольным каналом, сопла и узел генератора импульсов давления в виде вала, размещенного в корпусе на подшипниках, турбинки, связанной с валом, и элемента открытия-закрытия боковых отверстий, связанного с валом.

Это устройство формирует прерывистые струи, что позволяет увеличить давление на разрушаемую горную породу по модели гидроудара, тем самым увеличивается глубина перфорационных каналов.

А недостатком этого перфоратора является то, что выпуск прерывистой струи происходит только при совмещении отверстий в элементе открытия-закрытия с боковыми отверстиями, то есть очень малый сектор по отношению к полному обороту вращения ротора. При разрушении же горной породы немаловажное значение имеет и время воздействия струи на поверхность. К тому же элемент открытия-закрытия боковых отверстий выполнен громоздким и имеет сложную объемную форму. Поэтому привод генератора импульсов давления имеет также громоздкую конструкцию с множеством турбинок.

Кроме того, генерируемые импульсы давления приводят к попеременному удлинению и сокращению насосно-компрессорных труб /НКТ/ и вместе с постоянно меняющимся направлением реактивных сил коротких струй вызывают усиленную продольно-поперечную вибрацию перфоратора, а значит к излишнему увеличению площади перфорационного канала в ущерб его протяженности.

Сущность изобретения заключается в том, что импульсный гидравлический перфоратор снабжен узлом фиксатора-центратора корпуса с выдвижными штоками, а корпус выполнен с радиальными каналами, гидравлически связанными с осевым каналом и перекрытыми дисками с эксцентричными боковыми отверстиями, в которых размещены насадки, при этом узел генератора импульсов давления размещен в радиальных каналах, вход в которые из продольного канала выполнен с тангенциальным направлением на турбинку, а элемент открытия-закрытия боковых отверстий выполнен в виде кулачков.

Технический результат выражается в упрощении конструкции привода и генератора импульсов давления, а также повышении эффективности гидроперфорации за счет увеличения времени воздействия зафиксированных прерывистых струй на разрушаемую поверхность.

На фиг. 1 изображен общий вид импульсного гидравлического перфоратора; на фиг. 2 показано сечение А-А на фиг. 1 на фиг. 3 увеличенное сечение Б-Б на фиг. 1 с кулачком в момент закрытия эксцентричного бокового отверстия на фиг. 4 увеличенное сечение В-В на фиг. 1.

Импульсный гидравлический перфоратор состоит из корпусов трех секций нижней 1, средней 2, верхней 3 и переходного переводника 4, соединенных между собой резьбами 5 и уплотненных резиновыми кольцами 6. Нижняя секция 1 выполнена в виде узла фиксатора-центратора с осевым каналом 7 и горизонтальных цилиндрических полостей 8 в корпусе в них помещены подпружиненные пружинами 9 выдвижные штоки 10 и крышки 11 с уплотнительными кольцами 12. Узел фиксатора-центратора, в частности осевой канал 7 сверху перекрыт эластичным стаканом 13, а снизу болтом 14, при этом гидравлически связанные цилиндрические полости 8 и осевой канал 7 заполнены маслом 15. К корпусу 1 внизу дополнительно крепится пробка 16. Средняя 2 и верхняя 3 секции выполнены одинаково с радиальными каналами 17, в которых размещены узлы генераторов импульсов давления в виде вала 18, вращающегося на радиальноупорных подшипниках 19, и связанных с ним турбинок 20. При этом в корпусах 2 и 3 выполнены входные 21 продольные каналы в радиальные каналы 17 с тангенциальным направлением на турбинки 20, причем на одну турбинку 20 для повышения вращающегося момента может быть направлено несколько тангенциальных каналов 21 /фиг.2/, и выходные осевые каналы 22. На валу 18 с двух сторон крепятся, например шлицевым соединением, кулачки 23 элемент открытия-закрытия, а радиальные каналы 17 перекрыты дисками 24 с возможностью их контакта с плоскими кулачками 23. Диски 24 снабжены резиновыми уплотнениями 25 и выполнены с эксцентричными боковыми отверстиями 26 в приливах 27. В боковых отверстиях 26 размещены насадки из насадкодержателей 28 с твердосплавным соплом 29 и пружинным разъемным кольцом 30. Для ориентирования расположения насадок 28,29,30 в продольной и поперечной плоскостях диски 24 выполнены, например, с шлицевыми выступами 31, а в радиальных каналах 17 под них - соответствующие пазы 32. Кроме того, на концах радиальных каналов 17 выполнены резьбы 33 для ввертышей 34, которыми регулируют зазоры между продолговатыми кулачками 23 и дисками 24.

Импульсный гидравлический перфоратор работает следующим образом.

К переводнику 4 перфоратора подсоединяют НКТ, на которых его спускают в интервал перфорации скважины, обвязывают устье насосными агрегатами и начинают промывку технологической жидкости, которая по входным продольным каналам 21 направляется на турбинки 20 по касательной, приводя в движение вал 18 с продолговатыми кулачками 23. Последние попеременно то открывают, то закрывают эксцентричные боковые отверстия 26 дисков 24, куда устремляется технологическая жидкость, другая ее часть через выходные осевые каналы 22 направляется к другой нижестоящей секции. Одновременно, когда технологическая жидкость по системе продольных 21, осевых 22 и радиальных 17 каналов попадает в полость над эластичным стаканом 13, с повышением давления эластичный стакан 13 сжимается и выдавливает масло 15 внутрь цилиндрических полостей 8, при этом штоки 10 сжимают пружины 9 и выдвигаются до стенок обсадной колонны и, плотно прижимаясь к ним, осуществляют центровку в поперечном и фиксацию в продольном направлениях корпуса /1,2,3,4/ перфоратора относительно перфорируемой обсадной колонны. В результате этого прерывистые струи, истекающие из сопл 29, ударяют в одну и ту же точку. При взаимодействии короткой струи с разрушаемой поверхностью /обсадной колонной, цементным камнем и горной породой/ развивается высокое давление, с некоторым приближением, равное давлению гидравлического удара, определяемое по формуле Н.Е.Жуковского. Короткая струя практически без потерь кинетической энергии достигает разрушаемой поверхности. Поскольку продолжительность этого высокого давления весьма незначительна, то в случае превышения длительности прерывистой струи этого периода, что регулируется в устройстве размерами и формой кулачков 23, степенью эксцентричности боковых отверстий 26 в дисках 24, размерами и количеством входных продольных каналов 21, влияющих на частоту вращения вала 18, успевает возникнуть радиальное течение жидкости, параллельное разрушаемой поверхности с эрозионным воздействием, и давление в точке удара существенно и резко падает до давления торможения несжимаемых сред. Так как разрушение горной породы и создание перфорационных каналов, в большей мере, происходит в результате воздействия на ее поверхность давления, а также касательных напряжений, вызываемых радиальными течениями жидкости, желательно все же иметь обе эти составляющие, что и обеспечивает устройство.

После определенного периода времени циркуляцию прекращают, валы 18 с турбинками 20 и кулачками 23 останавливаются. Давление над эластичным стаканом 13 падает, он распрямляется и пружины 9 задвигают штоки 10 внутрь цилиндрических полостей 8. Перфоратор переносят на новую отметку или поднимают на поверхность.

Предлагаемый импульсный гидравлический перфоратор отличается существенно уменьшенной и упрощенной конструкцией и принципом действия привода и генератора, формирующего прерывистые струи; позволяет предупредить биение в обсадной колонне и исключить влияние вибрационного удлинения НКТ, вызванного пульсациями давлений поршневых насосов цементировочных агрегатов и импульсами давлений, генерируемых перфоратором, на размеры сечения перфорационных каналов, то есть не растрачивать энергию прерывистой струи на разрушение вовлекаемых новых поверхностей, а увеличить время воздействия на одну точку для создания за определенный отрезок времени более углубленного перфорационного канала уменьшает отрицательные последствия влияния возвратных потоков в перфорационном канале на короткие струи в начальный период прерывистой струи, когда еще не возникло радиальное, а затем обратное течение, и тем самым также позволяет увеличить протяженность перфорационных каналов.

Формула изобретения

Импульсный гидравлический перфоратор, включающий корпус с продольным каналом, сопла и узел генератора импульсов давления в виде вала, размещенного в корпусе на подшипниках, турбинки, связанной с валом, и элемента открытия-закрытия боковых отверстий, связанного с валом, отличающийся тем, что он снабжен узлом фиксатора-центратора корпуса с выдвижными штоками, а корпус выполнен с радиальными каналами, гидравлически связанными с осевым каналом и перекрытыми дисками с эксцентричными боковыми отверстиями, в которых размещены насадки, при этом узел генератора импульсов давления размещен в радиальных каналах, вход в которые из продольного канала выполнен с тангенциальным направлением на турбинку, а элемент открытия-закрытия боковых отверстий выполнен в виде кулачков.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4