Устройство для перфорации обсадной колонны и призабойной зоны пласта

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для перфорации обсадной колонны и призабойной зоны продуктивного пласта. Обеспечивает повышение надежности работы устройства. Сущность изобретения: устройство включает цилиндрический корпус, подвеску корпуса в виде каротажного кабеля, узел бурения, бур в виде полых составных буровых колонн с фрезой на конце, кассеты с буровыми колоннами, механизм поворота узла бурения, механизм фиксации корпуса к стенке скважины. Узел бурения включает вал привода подач шпинделя и установленный на нем кулачок с винтовой канавкой и пальцем. Согласно изобретению оно снабжено кинематическим узлом для обеспечения начала и окончания разворота узла бурения в скважине относительно очередных кассет, представляющим собой стопор в виде рычага. На одном конце рычага закреплен палец, взаимодействующий с наклонными пазами стопорного колеса, размещенного в узле бурения. Последний содержит кондуктор, корпус которого установлен соосно со шпинделем, кондукторной втулкой и резиновой мембраной для обеспечения сборки буровых колонн в процессе перфорации скважины, и промежуточный вал с шестернями и подвижной муфтой переключения подачи фрезы для обеспечения нормированной независящей от момента ее подачи в момент перфорации обсадной колонны и нефтенасыщенного пласта. Муфта переключения подачи фрезы связана посредством вилки и пальца с винтовой канавкой кулачка и имеет торцевые зубья, ответные которым выполнены на торцевых поверхностях шестерен. Количество режущих зубьев фрезы более четырех. 5 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для перфорации обсадной колонны и призабойной зоны продуктивного пласта в скважине.

Известно устройство для создания каналов в обсадной колонне и призабойной зоны продуктивного пласта (см. Патент Р.Ф. №2058477, М.Кл.⁶Е 21 В, 43/114, опубл. в Б.И. №11, 1996 г. “Сверлящий скважинный перфоратор”), содержащее цилиндрический корпус, подвеску корпуса в виде каротажного кабеля, масляной насос, выдвижной бур и механизмы выдвижения бура и прижатия корпуса перфоратора к стенке скважины.

Его недостатком является то, что он не позволяет создавать каналы в призабойной зоне продуктивного пласта необходимой глубины. Глубина сверления с его помощью не превышает диаметра скважины, тогда как глубина проникновения фильтрата бурового цементного раствора достигает до 1,5-2 м и более, который является экраном, препятствующим притоку продукции пласта, снижая тем самым дебит скважины.

Известен также сверлящий скважинный перфоратор (см. Патент Р.Ф. №2182961, 7 Е 21 В 43/11, 43/114, опубл. в Б.И. №15, 2002 г.) для создания каналов в стенке обсадной колонны и призабойной зоны продуктивного пласта, включающий цилиндрический корпус, подвеску корпуса в виде каротажного кабеля, узел бурения, включающий вал привода подач шпинделя, установленный на нем кулачок с винтовой канавкой и пальцем, бур в виде полых составных буровых колонн с фрезой на конце, кассеты с буровыми колоннами, механизм поворота узла бурения и механизмы фиксации корпуса к стенке скважины.

Это устройство по технической сущности более близко к предлагаемому и может быть принято в качестве прототипа.

Его недостатком является то, что оно находит ограниченное применение из-за ненадежности при использовании в скважинах, где перфорацию ранее проводили кумулятивными или пулевыми перфораторами. Объясняется это тем, что режущие кромки фрезы бура, попадая в трещины и отверстия неправильной формы, полученные в результате перфорационных работ, застревая, ломаются, создавая тем самым аварийные ситуации. Кроме того, оно не обеспечивает нормированную подачу фрезы, независящую от момента ее подачи в момент перфорации обсадной колонны и нефтенасыщенного пласта.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение надежности работы устройства при любой изношенности обсадной колонны напротив продуктивного пласта, вскрытых ранее традиционными перфораторами - кумулятивными или пулевыми, обеспечение нормированной подачи фрезы, независящей от момента ее подачи в момент перфорации.

Поставленная задача решается описываемым устройством для перфорации, включающим цилиндрический корпус, подвеску корпуса в виде каротажного кабеля, узел бурения, включающий вал привода подач шпинделя и установленный на нем кулачок с винтовой канавкой и пальцем, бур в виде полых составных буровых колонн с фрезой на конце, кассеты с буровыми колоннами, механизм поворота узла бурения и механизм фиксации корпуса к стенке скважины.

Новым является то, что оно снабжено кинематическим узлом для обеспечения начала и окончания разворота узла бурения в скважине относительно очередных кассет, представляющим собой стопор в виде рычага, на одном конце которого закреплен палец, взаимодействующий с наклонными пазами стопорного колеса, размещенного в узле бурения, содержащем кондуктор, корпус которого установлен соосно со шпинделем, кондукторной втулкой и резиновой мембраной для обеспечения сборки буровых колонн в процессе перфорации скважины, и промежуточный вал с шестернями и подвижной муфтой переключения подачи фрезы для обеспечения нормированной независящей от момента ее подачи в момент перфорации обсадной колонны и нефтенасыщенного пласта, при этом муфта переключения подачи фрезы связана посредством вилки и пальца с винтовой канавкой кулачка и имеет торцевые зубья, ответные которым выполнены на торцевых поверхностях шестерен, а количество режущих зубьев фрезы более четырех.

Приведенные чертежи поясняют суть изобретения, где

на фиг.1 изображена кинематическая схема заявляемого устройства;

на фиг.2 - то же, что на фиг.1, продольный разрез узла бурения, где видны также механизм поворота узла бурения и кассетник с кассетами для размещения составных буровых колонн;

на фиг.3 - вид А фиг.2, где видны узел переключения подач и элементы разворота механизма узла бурения;

на фиг.4 - разрез Б-Б фиг.3, где видны узел бурения по валу переключения подач и валику включения и выключения поворота;

на фиг.5 - процесс сверления породы нефтенасыщенного пласта за обсадной колонной, где видны бур и кассета с полыми составными буровыми колоннами.

Устройство для перфорации обсадной колонны призабойной зоны пласта содержит:

Корпус 1 (см. фиг.1), подвеску корпуса в виде каротажного кабеля 2, узел бурения 3, механизм 4 поворота узла бурения, механизмы 5 и 6 верхний и нижний соответственно для фиксации корпуса 1 устройства к стенке скважины и подпружиненные кассеты 7 с составными элементами 8 буровой колонны (см. фиг.2 и 5).

Механизм 4 поворота узла бурения 3 представляет собой планетарный редуктор 9, солнечные шестерни 10 и 11 которого жестко соединены с приводным валом 12, а его ведомое водило 13 связано с шестерней 14, кинематически связанной в свою очередь со стопорным колесом 15 с наклонными пазами 16 через шестерню 17 и вал 18, размещенный в корпусе 19 узла бурения. Корпус 19 установлен на подшипниках корпуса 1 устройства.

Внутри корпуса узла бурения размещены шестерни 20 и 21 привода гидронасоса 22, конические шестерни 23 и 24, передающие вращение на промежуточный вал 25, шестерни 26 и 27 привода вращения шпинделя 28, шестерни 29 и 30 промежуточного вала, на котором они установлены свободно, и шестерни 31 и 32, связанные с винтом 33 механизма подачи (см. фиг.1, 2).

Между шестернями 29 и 30 промежуточного вала 25 установлена подвижная муфта 34 переключения подачи фрезы 35 для обеспечения нормированной независящей от момента ее подачи в момент перфорации обсадной колонны 36 и нефтенасыщенного пласта 37. Муфта 34 (см. фиг.2 и 4) переключения подачи фрезы связана посредством вилки 38 (см. фиг.2 и 3) и пальца 39 с винтовой канавкой 40 кулачка 41, установленного на валу 42 привода переключения подач шпинделя 28 и имеет торцевые зубья, ответные которым выполнены на торцевых поверхностях шестерен 29 и 30. Для обеспечения начала и окончания разворота узла бурения в скважине относительно очередных кассет 7 устройство снабжено кинематическим узлом, представляющим собой стопор в виде рычага 43 (см. фиг.4), на одном конце которого закреплен палец 44, взаимодействующий с наклонными пазами 16 стопорного колеса 15. Узел бурения 3 также содержит кондуктор, корпус 45 (см. фиг.5) которого установлен соосно со шпинделем 28, кондукторной втулкой 46 и резиновой мембраной 47 для обеспечения сборки буровых колонн в процессе перфорации скважины.

Корпус 45 кондуктора через пальцы 48 связан с двуплечими рычагами 49, на свободном конце которых установлены пальцы 50, и удерживаются в исходном положении пружиной 51.

Для обеспечения беспрепятственной проходки фрезой 35 трещин и отверстий неправильной формы ее режущие зубья выполнены в количестве более четырех.

Устройство для перфорации работает следующим образом.

Его опускают в скважину в интервал нефтенасыщенного пласта 37 в собранном виде, как это изображено на фиг.1, 2 и 3, на каротажном кабеле 2 и через него с пульта управления к электродвигателю 52 подают питание. При этом приводной вал 12 начинает вращаться и одновременно приводит во вращение кинематически с ним связанные шестерни 20 и 21, 26 и 27, 29 и 30, винты узлов фиксации 5 и 6, а также связанные шестернями промежуточный вал 25 узла бурения и винт 33 механизма подач. Зажимные кулачки 53 механизма фиксации 5 и 6, выдвигаясь, фиксируют корпус 1 перфоратора в обсадной колонне 36. Ведомое водило 13 механизма 4 поворота с помощью шестерен 14 и 17 поворачивает узел 3 бурения до совпадения кассеты 7 с пазом 54 отсекателя 55, при котором она под действием пружины перемещается вверх к шпинделю 28 до упора в корпус 45 кондуктора, поворачивая кулачок 56, стопором 43 освобождает стопорное колесо 15. Пальцы 50 двуплечих рычагов 49, входя в фигурные пазы 57 (см. фиг.2), поворачивая рычаги, перемещают кондуктор, при котором узел бурения стопорится относительно корпуса 1 перфоратора, а корпус 45 кондуктора входит в отверстие 58 корпуса перфоратора. При движении муфта 34 выходит из зацепления шестерни 29 и входит в зацепление с шестерней 30, при котором включается замедленная подача шпинделя 28. К этому времени фреза 35 бура устанавливается соосно шпинделю. При этом от гидронасоса 22 под давлением в полость шпинделя и фрезы подается промывочная жидкость. При вращении шпинделя и одновременной подачи фрезы в поступательном направлении начинается сверление стенки обсадной колонны 36 и цементного камня за колонной.

При возвращении шпинделя 28 в исходное положение рычаг 59 освобождается и под действием пружины 60 принимает исходное положение, при этом включается ускоренная подача шпинделя, следовательно, и бура для сверления нефтенасыщенного пласта.

При каждом углублении сверлением на длину одного составного элемента буровой колонны шпиндель возвращается в исходное положение, и на освободившееся место, под действием пружины, размещенной в кассете 7 (не изображена), устанавливается очередной составной элемент 8 и далее цикл повторяется до тех пор, пока кассета не станет пустой. При этом с помощью возвратной пружины (не показана) кассета возвращается в исходное положение, освободив кулачок 56. Последний под действием пружины 61 возвращается в исходное положение, а стопор 43 с помощью пальца 44 останавливает стопорное колесо 15. В результате начинается поворот узла бурения 3 до совпадения следующей кассеты с пазом 54 отсекателя 55 и далее начинается сверление очередного канала.

После сверления всех каналов на заданную глубину на пульт управления поступает информация о завершении работы. Затем электродвигатель 52 кратковременно включают на реверс, что обеспечивает расфиксацию корпуса устройства. Далее устройство поднимают на поверхность.

Технико-экономическое преимущество изобретения заключается в следующем:

использование устройства ускоряет ввод скважины в эксплуатацию. Оно надежно в работе, процесс выполнения каналов осуществляется в автоматическом режиме. Предварительные промысловые испытания дали положительные результаты.

Формула изобретения

Устройство для перфорации обсадной колонны и призабойной зоны пласта, включающее цилиндрический корпус, подвеску корпуса в виде каротажного кабеля, узел бурения, включающий вал привода подач шпинделя и установленный на нем кулачок с винтовой канавкой и пальцем, бур в виде полых составных буровых колонн с фрезой на конце, кассеты с буровыми колоннами, механизм поворота узла бурения, механизм фиксации корпуса к стенке скважины, отличающееся тем, что оно снабжено кинематическим узлом для обеспечения начала и окончания разворота узла бурения в скважине относительно очередных кассет, представляющим собой стопор в виде рычага, на одном конце которого закреплен палец, взаимодействующий с наклонными пазами стопорного колеса, размещенного в узле бурения, содержащем кондуктор, корпус которого установлен соосно со шпинделем, кондукторной втулкой и резиновой мембраной для обеспечения сборки буровых колонн в процессе перфорации скважины, и промежуточный вал с шестернями и подвижной муфтой переключения подачи фрезы для обеспечения нормированной независящей от момента ее подачи в момент перфорации обсадной колонны и нефтенасыщенного пласта, при этом муфта переключения подачи фрезы связана посредством вилки и пальца с винтовой канавкой кулачка и имеет торцовые зубья, ответные которым выполнены на торцовых поверхностях шестерен, а количество режущих зубьев фрезы более четырех.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5