Гидромеханический щелевой перфоратор

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при вторичном вскрытии продуктивных пластов. Обеспечивает расширение технологических возможностей перфоратора и повышение его рабочего ресурса. Сущность: устройство состоит из корпуса, двух подпружиненных поршней с уплотнениями и режущего узла. Один из поршней выполнен в одном блоке с консолью. Консоль имеет промывочный канал. Поршни разделены сальником с уплотнениями и соединены полым штоком. Шток в нижней части имеет отверстия для обеспечения циркуляции жидкости через гидромониторную насадку, расположенную на консоли. Режущий узел включает выдвижной накатный ролик, соединенный с консолью кулисой, несущей его ось. Устройство снабжено скользящей опорой, выполненной как часть цилиндра. Его ось параллельна оси перфоратора, а его диаметр равен внутреннему диаметру обсадной трубы. Опора совмещена в одном блоке с отклоняющим клином, расположенным в ее нижней части. Клин состоит из двух наклонных к оси перфоратора плоскостей с твердосплавными вставками. Вставки контактируют с расположенными по обе стороны от накатного ролика кулисами с кольцевыми уплотнениями. Между плоскостями имеется паз для движения накатного ролика. В верхней части скользящей опоры в одном блоке с ней выполнена дополнительная опора для консоли, которая имеет отверстие, совмещенное в транспортном положении с промывочным каналом консоли. В верхней и нижней части скользящей опоры имеются выступы для крепления ее в корпусе с помощью верхней и нижней вставок, зажимаемых одной нижней гайкой. Верхняя вставка имеет паз для размещения консоли. В нижней части корпуса выполнено прямоугольное сквозное отверстие с параллельными оси перфоратора стенками. В отверстии установлена скользящая опора с кулисами и накатным роликом. Для возвращения в исходное положение накатного ролика с обеих сторон скользящей опоры установлены две пластины с пазами, параллельными плоскостям отклоняющего клина, в которых размещены выступы оси накатного ролика. Поршни и сальник снабжены кольцевыми пазами для размещения антикоррозийной смазки. Они расположены между уплотнениями. В поршнях нижняя грань паза выполнена в виде усеченного конуса меньшим основанием вверх, а в сальнике - меньшим основанием вниз. Нижняя часть полого штока выполнена в виде фильтра с диаметром отверстий меньшим диаметра гидромониторной насадки. В верхней части корпуса перфоратора имеются отверстия, расположенные в одной плоскости. Они соединяют его внутреннее и внешнее пространство и перекрываются в транспортном положении поршнем. Поршень зафиксирован относительно корпуса срезным элементом, расположенным в одном из отверстий. Верхнее уплотнение поршня расположено над отверстиями в корпусе перфоратора, а нижнее - под отверстиями в корпусе этого поршня. 6 ил.

Гидромеханический щелевой перфоратор (далее перфоратор) относится к нефтяной промышленности и может быть использован при вторичном вскрытии продуктивных пластов, т.е. при перфорации обсадной колонны.

Известно устройство, содержащее корпус и режущий узел с накатным роликом (авт. свид. 883351, Е 21 В, 43/114, 1981 г.).

Недостатком этого устройства является невысокая надежность механизма выдвижения накатного ролика.

Известна также схема перфоратора с одним накатным роликом в форме плоского диска с максимальным диаметром, равным диаметру корпуса этого перфоратора, разработанная во ВНИИКРнефти и опубликованная в 1994 году в журнале "Нефтяное хозяйство" 5 (рис. 1в). В этой конструкции схематично изображен клин с пазом для накатного ролика, выполненный в корпусе перфоратора под углом к его оси и взаимодействующий с кулисой, которая выдвигает накатной ролик.

Недостатком этого устройства является сложность изготовления клина в корпусе перфоратора, т. к. в этом случае необходимо контактирующим поверхностям кулисы и клина задавать высокую твердость.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является перфоратор, состоящий из режущего узла, включающего накатной ролик, который выдвигается с помощью кулисы, шарнирно соединенной с консолью, на которой расположена гидромониторная насадка, а с противоположной стороны от накатного ролика расположены опорные ролики (патент РФ N 2039220, Е 21 В, 43/114, 1998 год).

Недостатком этого перфоратора является то, что опорные ролики при реперфорации, попадая в перфорационные отверстия, оставшиеся после кумулятивной перфорации, способствуют возникновению дополнительных нагрузок на колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) и накатной ролик, что приводит его к разрушению. При эксплуатации этого перфоратора в некоторых случаях во время проведения операции скважина начинает работать. В такой ситуации, чтобы извлечь перфоратор из скважины, необходимо заглушит ее тяжелым раствором, что приводит к значительному снижению дебита. В таких случаях перфоратор не обеспечивает возможность эксплуатации скважины без подъема его на поверхность. Кроме того, работа перфоратора в агрессивной среде приводит к быстрому износу трущихся поверхностей, что уменьшает его рабочий ресурс.

Целью этого изобретения является расширение технологических возможностей перфоратора и повышение его рабочего ресурса.

Достигается это тем, что перфоратор, состоящий из корпуса, двух подпружиненных поршней с уплотнениями, один из которых выполнен в одном блоке с консолью, имеющей промывочный канал, разделенных сальником с уплотнениями и соединенных полым штоком, который в нижней части имеет отверстия для обеспечения циркуляции жидкости через гидромониторную насадку, расположенную на консоли, режущего узла, включающего выдвижной накатной ролик, соединенный с консолью кулисой, несущей его ось, отличающийся тем, что он снабжен скользящей опорой, выполненной как часть цилиндра, ось которого параллельна оси перфоратора, а его диаметр равен внутреннему диаметру обсадной трубы, причем скользящая опора совмещена в одном блоке с отклоняющим клином, расположенным в ее нижней части и состоящим из двух наклонных к оси перфоратора плоскостей с твердосплавными вставками, которые контактируют с расположенными по обе стороны от накатного ролика кулисами с кольцевыми уплотнениями, и между плоскостями имеется паз для движения накатного ролика, а в верхней части скользящей опоры в одном блоке с ней выполнена дополнительная опора для консоли, которая имеет отверстие, совмещенное в транспортном положении с промывочным каналом консоли, при этом в верхней и нижней части скользящей опоры имеются выступы для крепления ее в корпусе с помощью верхней и нижней вставок, зажимаемых одной нижней гайкой, причем верхняя вставка имеет паз для размещения консоли, в нижней части корпуса выполнено прямоугольное сквозное отверстие с параллельными оси перфоратора стенками, в котором установлена скользящая опора с кулисами и накатным роликом и для возвращения в исходное положение накатного ролика с обеих сторон скользящей опоры установлены две пластины с пазами, параллельными плоскостям отклоняющего клина, в которых размещены выступы оси накатного ролика, поршни и сальник снабжены кольцевыми пазами для размещения антикоррозийной смазки, расположенными между уплотнениями, причем в поршнях нижняя грань паза выполнена в виде усеченного конуса меньшим основанием вверх, а в сальнике - меньшим основанием вниз, нижняя часть полого штока выполнена в виде фильтра с диаметром отверстий меньшим диаметра гидромониторной насадки, при этом в верхней части корпуса перфоратора имеются отверстия, расположенные в одной плоскости, соединяющие его внутреннее и внешнее пространство и перекрытые в транспортном положении поршнем, зафиксированным относительно корпуса срезным элементом, расположенным в одном из отверстий, причем верхнее уплотнение поршня расположено над отверстиями в корпусе перфоратора, а нижнее - под отверстиями в корпусе этого поршня.

На фиг. 1. изображен перфоратор в транспортном положении, на фиг.2. - профильная проекция режущего узла перфоратора, на фиг.3. изображена верхняя часть корпуса перфоратора при открытых отверстиях, соединяющих внутреннее и внешнее пространство НКТ, на фиг. 4, 5 и 6 показаны сечения перфоратора.

Перфоратор состоит из корпуса 1, в верхней части которого расположены отверстия 2, перекрытые поршнем 3, зафиксированным относительно корпуса срезным элементом 4 и загерметизированным верхним 5 и нижним 6 уплотнениями. Для ограничения перемещения поршня 3 в корпусе имеется кольцевой выступ 7. В корпусе расположены подпружиненные поршни 8 и 9, соединенные между собой полым штоком 10, который в нижней части выполнен в виде фильтра 11. Поршни разделены сальником 12 и имеют пазы для размещения антикоррозийной смазки соответственно 13, 14, 15. Нижние грани пазов 13 и 15 выполнены в виде усеченного конуса меньшим основанием вверх, а в пазу 14, в сальнике - меньшим основанием вниз. Поршень 9 выполнен в одном блоке с консолью 16, в которой расположен промывочный канал 17 и установлена гидромониторная насадка 18. Консоль шарнирно соединена с кулисами 19, которые контактируют с твердосплавными вставками 20, установленными в двух наклонных плоскостях клина в конусных пазах. Кулисы 19 расположены по обе стороны от накатного ролика 22 и соединены осью 23 с кольцевыми уплотнениями 24. В нижней части корпуса 1 имеется прямоугольное сквозное отверстие, в котором вставлена скользящая опора 25 с кулисами и накатным роликом. Эта скользящая опора закреплена в корпусе с помощью выступов 26 и 27 и вставок 28, 29, поджатых гайкой 30. В верхней части скользящей опоры выполнена дополнительная опора для консоли 31, в которой размещено отверстие 32, совмещенное с промывочным каналом консоли 17. Для возвращения накатного ролика в исходное положение с обеих сторон скользящей опоры установлены две пластины 33 с пазами 34, расположенными под углом к оси перфоратора, в которых размещены выступы оси накатного ролика 23.

Перфоратор работает следующим образом. На колонне НКТ его спускают в скважину к интервалу перфорации. Затем осуществляют промывку ствола скважины через промывочный канал 17 и отверстие в опоре 32. После этого сбрасывают малый шар, который перекрывает промывочный канал 17 и создает циркуляцию жидкости через гидромониторную насадку 18. В результате возникающего на ней перепада давления создается усилие на поршнях 8 и 9, которые, перемещаясь вниз, выдвигают консоль 16 по дополнительной опоре 31. При этом антикоррозийная смазка, расположенная в пазах 13 и 15 поршней 8 и 9 и в пазу сальника 14, отекая по конусной поверхности, смазывает стенки корпуса 1 и поверхность штока 10, в результате чего уменьшается сила трения верхнего уплотнения поршней при перемещении их вниз и нижнего уплотнения поршней при движении их вверх. Одновременно с этим антикоррозийная смазка препятствует контакту абразивной скважинной жидкости с поверхностью корпуса и штока 10. Консоль 16 с помощью кулис 19 выдвигает накатной ролик 22 до контакта со стенкой обсадной трубы, при этом передавая на него усилие поршней. Реактивная составляющая этого усилия передается на скользящую опору 25, образующая поверхность которой равна внутреннему диаметру обсадной трубы, поэтому, перемещаясь по ней, она создает удельное давление на обсадную колонну значительно меньше, чем опорные ролики и при реперфорации отверстия, оставшиеся после кумулятивной перфорации, не оказывают влияние на работу накатного ролика. Выступы 26, 27 и вставки 28, 29, зажатые гайкой 30, надежно фиксируют скользящую опору и весь режущий узел в корпусе перфоратора.

Выполняя возвратно-поступательные движения, колонны НКТ в интервале перфорации усилием накатного ролика образовывают в стенке обсадной трубы продольную щель, а затем вдоль нее гидромониторной струей размывают цементное кольцо и горную породу. При этом выполненный в нижней части штока 10 фильтр 11, диаметр отверстий которого меньше диаметра гидромониторной насадки, предотвращает возможное ей засорение, а кольцевые уплотнения 24 предохраняют ось накатного ролика от попадания абразивных частиц горной породы.

В некоторых случаях, когда перфоратор вскроет продуктивный пласт, во время операции скважина может начать работать. Для того чтобы не глушить ее тяжелым раствором, который ухудшает коллекторские свойства призабойной зоны, операцию останавливают. При этом в НКТ исчезает давление и поршни 8, 9 под действием пружин возвращаются в исходное положение, перемещая вверх консоль 16. Благодаря тому, что ось накатного ролика своими выступами размещена в пазах 34, которые расположены параллельно плоскости клина, накатной ролик также возвращается в исходное положение. Затем бросают в НКТ шар большего диаметра, который перекрывает проходное отверстие поршня 3, и создают в НКТ давление, достаточное для разрушения срезного элемента 4. При этом поршень 3 перемещается вниз до кольцевого выступа 7 открывая отверстия 2 (фиг.3). Благодаря тому, что верхнее уплотнение 5 расположено в корпусе перфоратора а нижнее 6 в корпусе поршня, они не повреждаются при его перемещении.

После этого скважина включается в эксплуатацию через открывшиеся отверстия 2 без подъема перфоратора на поверхность.

Оснащение поршневой системы перфоратора кольцевыми пазами, способными создать благоприятные условия для нанесения антикоррозийной смазки на трущиеся поверхности, и скользящей опорой, изготовленной в одном блоке с клином, повышает надежность этого перфоратора и увеличивает его рабочий ресурс.

При испытании перфоратора во многих районах Российской Федерации операции выполнялись с применением различных жидкостей вскрытия (буровых растворов, нефти, пластовой воды и др.). Перфорация осуществлялась в различные стадии работы эксплуатационных и нагнетательных скважин: после бурения, во время капитального ремонта, при переносе фильтра, при реперфорации и при изоляции водоносных горизонтов. Практически во всех этих случаях получен положительный результат.

Формула изобретения

Гидромеханический щелевой перфоратор, состоящий из корпуса, двух подпружиненных поршней с уплотнениями, один из которых выполнен в одном блоке с консолью, имеющей промывочный канал, разделенных сальником с уплотнениями и соединенных полым штоком, который в нижней части имеет отверстия для обеспечения циркуляции жидкости через гидромониторную насадку, расположенную на консоли, режущего узла, включающего выдвижной накатный ролик, соединенный с консолью кулисой, несущей его ось, отличающийся тем, что он снабжен скользящей опорой, выполненной как часть цилиндра, ось которого параллельна оси перфоратора, а его диаметр равен внутреннему диаметру обсадной трубы, причем скользящая опора совмещена в одном блоке с отклоняющим клином, расположенным в ее нижней части и состоящим из двух наклонных к оси перфоратора плоскостей с твердосплавными вставками, которые контактируют с расположенными по обе стороны от накатного ролика кулисами с кольцевыми уплотнениями и между плоскостями имеется паз для движения накатного ролика, а в верхней части скользящей опоры в одном блоке с ней выполнена дополнительная опора для консоли, которая имеет отверстие, совмещенное в транспортном положении с промывочным каналом консоли, при этом в верхней и нижней части скользящей опоры имеются выступы для крепления ее в корпусе с помощью верхней и нижней вставок, зажимаемых одной нижней гайкой, причем верхняя вставка имеет паз для размещения консоли, в нижней части корпуса выполнено прямоугольное сквозное отверстие с параллельными оси перфоратора стенками, в котором установлена скользящая опора с кулисами и накатным роликом и для возвращения в исходное положение накатного ролика с обеих сторон скользящей опоры установлены две пластины с пазами, параллельными плоскостям отклоняющего клина, в которых размещены выступы оси накатного ролика, поршни и сальник снабжены кольцевыми пазами для размещения антикоррозийной смазки, расположенными между уплотнениями, причем в поршнях нижняя грань паза выполнена в виде усеченного конуса меньшим основанием вверх, а в сальнике - меньшим основанием вниз, нижняя часть полого штока выполнена в виде фильтра с диаметром отверстий меньшим диаметра гидромониторной насадки, при этом в верхней части корпуса перфоратора имеются отверстия, расположенные в одной плоскости, соединяющие его внутреннее и внешнее пространство и перекрытые в транспортном положении поршнем, зафиксированным относительно корпуса срезным элементом, расположенным в одном из отверстий, причем верхнее уплотнение поршня расположено над отверстиями в корпусе перфоратора, а нижнее - под отверстиями в корпусе этого поршня.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6