Силовой блок щелевого перфоратора

 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано в устройствах для щелевой перфорации обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах. Обеспечивает расширение технологических возможностей щелевого перфоратора и повышение надежности работы его силового блока. Сущность изобретения: силовой блок включает рабочий цилиндр, дополнительный цилиндр с верхней и нижней присоединительными резьбами, присоединенными к верхней резьбе перепускным клапаном, а к нижней - рабочим цилиндром, подпружиненный поршень, соединенный с полым штоком, дросселирующее отверстие дополнительного цилиндра, разделитель рабочего и дополнительного цилиндров, натяжитель пружины рабочего цилиндра, малый запорный шар. Согласно изобретению верхняя часть поршня дополнительного цилиндра имеет углубление в виде конуса. Больший диаметр конуса расположен сверху. Меньший диаметр конуса сопряжен с верхней присоединительной резьбой поршня, в которую ввернут съемный фонарь при работе перфоратора в наклонной или горизонтальной скважине. По периметру конуса выполнены технологические пазы под ключ. Нижней резьбой поршень соединен с полым штоком, внутри которого помещен запорный шар. Посадочный конус имеет срезной поршень перепускного клапана. В нижней части перепускного клапана установлено стопорное кольцо. Разделитель рабочего и дополнительного цилиндров выполнен с плавающим сальниковым уплотнением. Над разделителем расположено дросселирующее отверстие дополнительного цилиндра, а под разделителем - натяжитель пружины растяжения рабочего цилиндра. 1 ил.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано в устройствах для щелевой перфорации обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах.

Известны силовые блоки щелевых перфораторов, состоящих из двух силовых цилиндров, разделенных сальниковым уплотнением: RU 2180038, C1, 27.02.2002, RU 2039220 С1, 09.07.1995, RU 22962 U1 10.05.2002. Силовые цилиндры этих перфораторов объединены одним полым штоком, который испытывает повышенное трение в сальниковом уплотнении, обусловленном возможным эксцентроситетом деталей цилиндров и сальникового уплотнения, который возникает при их изготовлении. Это вызывает повышенный износ трущихся поверхностей полого штока и сальникового уплотнения.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является силовой блок щелевого перфоратора по патенту RU 2182221 С1, 10.05.2002, включающий два силовых цилиндра, разделенных сальниковым уплотнением, полый шток и перепускной клапан. Полый шток в этом перфораторе установлен в трех опорах, одной из которых является сальниковый узел, где имеет место повышенное сопротивление осевому перемещению этого штока, обусловленное неизбежным наличием технологического эксцентроситета сочленяемых деталей. Кроме того, при работе щелевого перфоратора в наклонной или горизонтальной скважине становится проблематичным закрытие промывочного канала перфоратора и включение его в работу потому, что бросовый запорный малый шар залегает в местах расширения и сужения диаметра деталей перфоратора.

Цель изобретения является расширение технологических возможностей щелевого перфоратора и повышение надежности работы его силового блока.

Поставленная цель достигается тем, что силовой блок щелевого перфоратора, включающий рабочий цилиндр, дополнительный цилиндр с верхней и нижней присоединительными резьбами, присоединенными к верхней резьбе перепускным клапаном, а к нижней рабочим цилиндром, подпружиненный поршень, соединенный с полым штоком, дроссилирующее отверстие дополнительного цилиндра, разделитель рабочего и дополнительного цилиндров, натяжитель пружины рабочего цилиндра, малый запорный шар, отличающийся тем, что верхняя часть поршня дополнительного цилиндра имеет углубление в виде конуса, больший диаметр которого расположен сверху и равен отношению (D_ц-D_к)<d, где D_ц - внутренний диаметр дополнительного цилиндра, D_к - больший диаметр конуса, d_ш - диаметр малого запорного шара, а меньший диаметр конуса сопряжен с верхней присоединительной резьбой поршня, в которую вворачивается съемный фонарь при работе перфоратора в наклонной или горизонтальной скважине, причем съемный фонарь имеет внутренний диаметр, равный внутреннему диаметру полого штока, а по периметру этого конуса выполнены технологические пазы под ключ, ширина которых меньше диаметра малого запорного шара, при этом нижней резьбой подпружиненный поршень соединен с полым штоком, где между поршнем и пружиной расположено разделительное кольцо, а малый запорный шар помещен внутрь полого штока с возможностью свободного перемещения в нем, вместе с тем верхняя часть срезного поршня перепускного клапана имеет посадочный конус для большого бросового шара, диаметр верхнего основания этого конуса равен внутреннему диаметру насосно-компрессорных труб, присоединяемых к этому клапану при спуске щелевого перфоратора в скважину, а диаметр меньшего основания конуса больше диаметра малого запорного шара, при этом внутренний диаметр срезного поршня больше внешнего диаметра съемного фонаря, в нижней части перепускного клапана установлено стопорное кольцо для ограничения осевого перемещения срезного поршня, а разделитель рабочего и дополнительного цилиндров выполнен с плавающим сальниковым уплотнением, которое помещено в корпус разделителя с возможностью радиального перемещения и имеет осевое и радиальное уплотнение, при этом над разделителем расположено дросселирующее отверстие дополнительного цилиндра, а под разделителем располагается опорное кольцо для натяжителя пружины растяжения рабочего цилиндра, на котором установлен держатель этой пружины, причем внутренний диаметр натяжителя обеспечивает свободное перемещение в нем полого штока с возможностью его радиального смещения.

На чертеже показан силовой блок щелевого перфоратора в транспортном положении при спуске его в скважину.

Силовой блок щелевого перфоратора состоит из цилиндра 1, к верхней резьбе которого присоединен перепускной клапан 2, а к нижней резьбе - рабочий цилиндр 3. В корпусе перепускного клапана размещен срезной поршень 4, верхняя часть которого выполнена в виде конуса 5. В нижней части корпуса этого клапана установлено стопорное кольцо 6 для ограничения перемещения срезного поршня 4. К верхней части корпуса перепускного клапана присоединены насосно-компрессорные трубы 7. В цилиндре 1 размещен поршень 8 с верхней 9 и нижней 10 присоединительной резьбой. Верхняя часть этого поршня выполнена в виде конуса 11, по периметру которого размещены технологические пазы 12, а в его нижней части между ним и пружиной сжатия 13 установлено разделительное кольцо 14. К верхней резьбе 9 поршня 8 присоединен съемный фонарь 15. В полость полого штока 16 помещен малый запорный шар 17 с возможностью свободного перемещения в этой полости. Цилиндр 1 снабжен дросселирующим отверстием 18, расположенным над разделителем 19, который установлен в рабочем цилиндре 3. В корпусе этого разделителя помещено плавающее сальниковое уплотнение 20 с радиальным 21 и осевым 22 уплотнениями, а под разделителем в рабочем цилиндре установлено опорное кольцо 23, в которое упирается натяжитель 24 пружины растяжения 25 и расположенный на нем держатель пружины растяжения 26.

При работе щелевого перфоратора в вертикальной скважине силовой блок используют без съемного фонаря 15 и включение перфоратора в рабочее положение осуществляют путем сброса с поверхности малого запорного шара 17, после промывки скважины прямой или обратной циркуляцией и заполнения ее призабойной зоны специальной жидкостью вскрытия через промывочный канал 28. В этом случае малый запорный шар не встречает препятствия своему передвижению в полости перфоратора до клапанного седла 27 благодаря конусной поверхности 5 верхней части срезного поршны 4. Не задержится он и в верхней части поршня 8 так, как зазор между внутренним диаметром цилиндра 1 и большим диаметром конусного отверстия D_к составляет меньше половины диаметра запорного шара 17. Не станут препятствием ему и технологические пазы, расположенные по периметру конуса 11 потому, что их ширина также меньше диаметра этого шара. Таким образом он свободно проходит через переменные внутренние диаметры деталей перепускного клапана и поршня и садится на седло 27, перекрывая промывочный канал 28, после чего создается давление в насосно-компрессорных трубах, которое силовой блок дополнительного и рабочего цилиндров передает на режущий узел перфоратора. Полый шток 16, перемещаясь в сальниковом уплотнении 20, встречает наименьшее сопротивление трению, сохраняет трущуюся поверхность от повреждения благодаря тому, что это уплотнение имеет возможность перемещаться в радиальном направлении и занимать положение в разделителе, соответствующее радиальному смещению штока. Не препятствует перемещению этого штока при радиальном смещении плавающего сальника и натяжитель 24, так как его внутренний диаметр обеспечивает возможность этого смещения.

Перед спуском щелевого перфоратора в наклонную или в горизонтальную скважину в верхнюю резьбу 9 поршня 8 вворачивают съемный фонарь 15, предварительно поместив малый запорный шар 17 в полость полого штока. Во время спуска перфоратора в скважину внутрискважинная жидкость заполняет насосно-компрессорные трубы через промывочный канал 28, при этом поднимает шар 17 вверх, освобождая отверстия съемного фонаря 15, что обеспечивает свободный проход этой жидкости. Промывку скважины и заполнение призабойной зоны специальной жидкостью вскрытия осуществляют обратной циркуляцией. Для включения перфоратора в рабочее положение, в насосно-компрессорных трубах создают давление, под действием которого малый запорный шар 17 садится на седло 27 перекрывая промывочный канал 28, создавая рабочий перепад давления на силовой блок перфоратора.

Во время спуска щелевого перфоратора в скважину через дросселирующее отверстие 18 в дополнительный цилиндр попадает внутрискважинная жидкость вместе с возможными механическими примесями и абразивными частицами, которые могут оказать отрицательное влияние на работу сальникового уплотнения разделителя цилиндров, а расположение этого отверстия непосредственно над разделителем способствует вымыву этих частиц при работе дополнительного цилиндра.

Таким образом, силовой блок щелевого перфоратора может успешно выполнять свои функции как в вертикальных, наклонных, так и в горизонтальных скважинах при длительной работоспособности основных узлов рабочего и дополнительного цилиндров, что и показала практика его применения при щелевой перфорации на многих скважинах с углом наклона от 45 до 80°, а также в горизонтальных стволах.

Формула изобретения

Силовой блок щелевого перфоратора, включающий рабочий цилиндр, дополнительный цилиндр с верхней и нижней присоединительными резьбами, присоединенными к верхней резьбе перепускным клапаном, а к нижней - рабочим цилиндром, подпружиненный поршень, соединенный с полым штоком, дросселирующее отверстие дополнительного цилиндра, разделитель рабочего и дополнительного цилиндров, натяжитель пружины рабочего цилиндра, малый запорный шар, отличающийся тем, что верхняя часть поршня дополнительного цилиндра имеет углубление в виде конуса, больший диаметр которого расположен сверху и равен отношению

(D_ц-D_к)<d,

где D_ц - внутренний диаметр дополнительного цилиндра;

D_к - больший диаметр конуса;

d_ш - диаметр малого запорного шара,

а меньший диаметр конуса сопряжен с верхней присоединительной резьбой поршня, в которую ввернут съемный фонарь при работе перфоратора в наклонной или горизонтальной скважине, причем съемный фонарь имеет внутренний диаметр, равный внутреннему диаметру полого штока, а по периметру этого конуса выполнены технологические пазы под ключ, ширина которых меньше диаметра малого запорного шара, при этом нижней резьбой подпружиненный поршень соединен с полым штоком, где между поршнем и пружиной расположено разделительное кольцо, а малый запорный шар помещен внутрь полого штока с возможностью свободного перемещения в нем, вместе с тем верхняя часть срезного поршня перепускного клапана имеет посадочный конус для большого бросового шара, диаметр верхнего основания этого конуса равен внутреннему диаметру насосно-компрессорных труб, присоединяемых к этому клапану при спуске щелевого перфоратора в скважину, а диаметр меньшего основания конуса больше диаметра малого запорного шара, при этом внутренний диаметр срезного поршня больше внешнего диаметра съемного фонаря, в нижней части перепускного клапана установлено стопорное кольцо для ограничения осевого перемещения срезного поршня, а разделитель рабочего и дополнительного цилиндров выполнен с плавающим сальниковым уплотнением, которое помещено в корпус разделителя с возможностью радиального перемещения и имеет осевое и радиальное уплотнение, при этом над разделителем расположено дросселирующее отверстие дополнительного цилиндра, а под разделителем располагается опорное кольцо для натяжителя пружины растяжения рабочего цилиндра, на котором установлен держатель этой пружины, причем внутренний диаметр натяжителя обеспечивает свободное перемещение в нем полого штока с возможностью его радиального смещения.

РИСУНКИ

Рисунок 1