Устройство для механической перфорации скважин

 

Использование: в нефтяной и газовой промышленности, а более конкретно в технике вторичного вскрытия скважин путем их механической перфорации. Обеспечивает возможность механической перфорации скважин от гидростатического давления в скважине. Сущность изобретения: устройство включает корпус с входным каналом и перегородкой. В нем установлен гидроусилитель, выполненный в виде поршня со штоком и камерой под ним. Устройство имеет рабочий поршень с прокалывающим узлом. Его надпоршневое пространство связано с камерой гидроусилителя. Шток образует с перегородкой и корпусом воздушную камеру. Устройство имеет золотник, выполненный в виде перекрывателя корпуса, связанного со штоком и жестко закрепленного в корпусе. Золотник выполнен с перепускными каналами, управляющим узлом и плавающим кольцевым поршнем, размещенным между перекрывателем корпуса и его перегородкой, выполненной с обратным клапаном. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а более конкретно к технике вторичного вскрытия нефтяных и газовых скважин путем механической перфорации.

Известны устройства для механической перфорации нефтяных и газовых скважин, содержащие корпуса, силовой привод и инструмент для формирования каналов в колонне и затрубном пространстве сверлением, фрезерованием, разрезом роликом, продавливанием и т.п. [1] Недостатками известных устройств являются большие энергозатраты на формирование каналов, чрезвычайная сложность оборудования, низкая стойкость инструмента.

Частично некоторые недостатки устранены в другом известном устройстве, принятом за прототип [2] Известное устройство для механической перфорации скважин включает корпус с входным каналом, гидроусилитель в виде поршня со штоком и камерой под ним, рабочий поршень с прокалывающим узлом, надпоршневое пространство которого связано с камерой гидроусилителя, перегородкой корпуса и штоком, образующим с перегородкой и корпусом воздушную камеру.

Это устройство имеет следующие недостатки: сложный, дорогой, неудобный в работе энергопривод; недостаточное усилие прокалывания; засоряемость рабочей камеры ввиду наличия мелких твердых частиц в рабочей жидкости из-за трудностей ее содержания в чистом состоянии.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков путем создания утройства для механической перфорации скважин, работающего от гидростатического давления столба жидкости в скважине.

Это достигается тем, что известное устройство для механической перфорации скважин, включающее корпус с входным каналом, гидроусилитель в виде поршня со штоком и камерой под ним, рабочий поршень с прокалывающим узлом, надпоршневое пространство которого связано с камерой гидроусилителя, перегородкой корпуса и штоком, образующим с перегородкой и корпусом воздушную камеру, снабжено золотником в виде перекрывателя корпуса, связанного со штоком, жестко закрепленным в корпусе и выполненным с перепускными каналами, управляющим узлом золотника и плавающим кольцевым поршнем, размещенным между перекрывателем корпуса и его перегородкой, выполненной с обратным клапаном, а входной канал выполнен в надпоршневом пространстве плавающего поршня, при этом поршень гидроусилителя выполнен подпружиненным относительно корпуса и имеет соотношение с рабочим поршнем и штоком гидроусилителя по площадям поперечного сечения как (2,5-100):(2-36):1, соответственно, объем подпоршневого пространства плавающего поршня имеет соотношение с объемом подпоршневого пространства гидроусилителя, как (1-20):1, а золотник выполнен с возможностью сообщения подпоршневого пространства плавающего поршня с надпоршневым пространством гидроусилителя в рабочем положении устройства и надпоршневого пространства гидроусилителя с воздушной камерой при перезарядке устройства.

Положительный эффект в предложенном устройстве достигается за счет того, что в нем выполнены узлы (золотник, пропускные каналы, плавающий кольцевой поршень, клапаны, надпоршневое пространство и воздушная камера) и выполнено соответствующее соотношение площадей поршней и штока, а также объемов камер, которые позволили преобразовать гидростатическое давление жидкости в скважине в давление рабочей жидкости в устройстве для перфорации. При этом используется давление жидкости в скважине величиной 250-500 кг/см², что невозможно обеспечить в условиях скважины никаким энергоприводом. Наличия энергопривода вообще не требуется. Давление скважинной жидкости преобразуется в давление рабочей жидкости, следовательно, никакие частицы из скважинной жидкости не попадают в рабочую.

Устройство обеспечивает усилие прокалывания в десятки тонн при многократном повторении циклов.

Предложенное устройство показано на чертеже, где изображен его продольный разрез.

Устройство содержит корпус 1 с входным каналом 2 для скважинной жидкости; гидроусилитель в виде поршня 3 со штоком 4 и камерой 5 над ними; рабочий поршень 6 с прокалывающим узлом 7, надпоршневое пространство 8 которого связано с камерой 9 гидроусилителя, перегородкой 10 корпуса 1 и штоком 4, образующим с перегородкой 10 и корпусом 1 воздушную камеру 11; золотник 12 в виде перекрывателя 13 корпуса 1, связанного со штоком 14, жестко закрепленный в перекрывателе 13 и выполненный с перепускными каналами 15, управляющим узлом 16 золотника 12 и плавающим кольцевым поршнем 17, размещенным между перекрывателем 13 корпуса 1 и его перегородкой 18, выполненной с обратным клапаном 19; второй входной кала 20, выполненный в штоке 14 в надпоршневом пространстве 21 плавающего поршня 17, пружину 22, подпружинивающую поршень 3 гидроусилителя относительно корпуса 1; вторую воздушную камеру 23, соединенную с камерой 5 через каналы 15 и каналы внутри золотника 12 и штока 14; надпоршневое пространство 21, соединенное с камерой 5 через нижний канал 15 и входной канал 20. При этом поршень 3 гидроусилителя выполнен с соотношением с рабочим поршнем 6 и штоком 9 гидроусилителя по площадям поперечного сечения как (2,5-100):(2-36):1 соответственно, а объем подпоршневого пространства 24, плавающего поршня 17 выполнен с соотношением к объему надпоршневого пространства 5 гидроусилителя, как (1-20):1. С таким же соотношением выполнена и камера 23.

Устройство работает следующим образом.

Скважинная жидкость заходит в подпоршневое пространство 24 через входной канал 2, и постоянно воздействуя на плавающий кольцевой поршень 17, тем самым постоянно поддерживает давление рабочей жидкости в надпоршневом пространстве 21. При спуске устройства в зону перфорации подают управляющий сигнал на управляющий узел 16, который перемещает золотник 12. Золотник 12 открывает входной канал 20, через который по внутренней полости штока 14 и по нижнему каналу 15 рабочая жидкость из надпоршневого пространства 21 поступает в камеру 5 и перемещает поршень 3 со штоком 4. Шток 4 создает давление в камере 9, величина которого обратно пропорциональна соотношению площадей штока 4 и поршня 3. Под действием высокого давления жидкости в надпоршневом пространстве 8 рабочий поршень 6 перемещается и воздействует прокалывающим узлом 7 на стенку колонны, формируя перфорационное отверстие. Через 5-8 с подают другую управляющую команду на управляющий узел 16, который перемещает золотник 12 в исходное положение, в котором входной канал 20 закрывается, а верхний перепускной канал 15 открывается, соединяя камеру 5 с камерой 23 через нижний перепускной канал 15 и внутреннюю полость штока 14. Так как давление воздуха в камере 23 атмосферное (или близкое к нему), пружина 22 и скважинное давление, воздействующее на прокалывающий узел 7 и рабочий поршень 6, возвращают поршень 3 со штоком 4, поршень 6 и прокалывающий узел 7 в исходное положение. Затем перфоратор перемещают на следующий уровень перфорации, и весь цикл перфорации повторяется. Когда резерв циклов перфорации израсходован, устройство для перфорации поднимают наверх, где происходит переход жидкости из камеры 23 через клапан 19 в надпоршневое пространство 21. После окончания перехода устройство для перфорации готово к работе, и его можно снова использовать для перфорации как на этой, так и на других скважинах.

Экономический эффект образуется за счет создания недорогого устройства, работающего от дешевого источника энергии.

Формула изобретения

1. Устройство для механической перфорации скважин, включающее корпус с входным каналом, гидроусилитель в виде поршня с штоком и камерой под ним, рабочий поршень с прокалывающим узлом, надпоршневое пространство которого связано с камерой гидроусилителя, перегородкой корпуса и штоком, образующим с перегородкой и корпусом воздушную камеру, отличающееся тем, что оно снабжено золотником в виде перекрывателя корпуса, связанного с штоком, жестко закрепленным в корпусе и выполненным с перепускными каналами, управляющим узлом золотника и плавающим кольцевым поршнем, размещенным между перекрывателем корпуса и его перегородкой, выполненной с обратным клапаном.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что его входной канал выполнен в надпоршневом пространстве плавающего поршня.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что поршень гидроусилителя выполнен подпружиненным относительно корпуса и имеет соотношение с рабочим поршнем и штоком гидроусилителя по площади поперечного сечения как (2,5 - 100):(2 36):1 соответственно.

4. Устройство по пп. 1 3, отличающееся тем, что объем подпоршневого пространства плавающего поршня имеет соотношение с объемом надпоршневого пространства гидроусилителя как (1 2):1.

5. Устройство по пп. 1 4, отличающееся тем, что золотник выполнен с возможностью сообщения подпоршневого пространства плавающего поршня с надпоршневым пространством гидроусилителя в рабочем положении устройства и надпоршневого пространства гидроусилиителя с воздушной камерой при перезарядке устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1