Результат интеллектуальной деятельности: ПЕРФОРАТОР ЩЕЛЕВОЙ ДЛЯ ОБСАЖЕННЫХ СКВАЖИН

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и предназначено для щелевой перфорации обсадной колонны, цементного камня и горной породы.

Известно устройство для щелевой перфорации обсадной колонны, состоящее из корпуса с опорными роликами, гидроцилиндра, поршня с возвратной пружиной, накатного ролика, шарнирно связанного с поршнем и установленного в прорези корпуса с возможностью выдвижения в радиальном относительно оси корпуса, направлении, гидромониторной насадки (Патент на изобретение LE21B RU №2039220 С1, 09.07.1995).

Недостатками этого устройства являются ограниченные функциональные возможности, ненадежность и недолговечность из-за действия больших нагрузок, необходимых для разрыва толстостенных обсадных труб, контактирующих по всему периметру с прочными цементным камнем и горной породой, и из-за двухпоршневой конструкции механизма выдвижения накатного ролика.

Известно устройство для щелевой перфорации обсаженных скважин (Патент на изобретение Е21В RU №2151858 С1, 27.06.2000), содержащее корпус с опорными роликами, выдвижной накатный ролик, гидроцилиндр с подпружиненным поршнем, осуществляющим выдвижение накатных роликов, гидромониторную насадку.

Недостатками данного устройства также являются ограниченные функциональные возможности из-за невозможности создания щели большой ширины, так как для этого требуются большая толщина ролика, что недостижимо из-за сложности конструкции и ограниченности диаметральных габаритов устройства, ненадежность и недолговечность из-за необходимости создания больших нагрузок для реализации разрыва труб и внедрения деформированной в месте разрыва трубы в твердую окружающую среду.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению прототипом является устройство для щелевой перфорации обсаженных скважин (Патент на изобретение Е21В RU №2161697 С1, 10.01.2001), содержащее корпус, подпружиненный полый шток с поршнем, опорные ролики, гидромониторную насадку, клин в виде вилкообразного ползуна, опорные и боковые пластины, рычаг, один конец которого шарнирно установлен в корпусе, а другой через ось, на который установлен накатный ролик, взаимодействует с клином.

Недостатками данного устройства являются ненадежность его работы из-за заклинивающего эффекта формируемой щели, недолговечность из-за больших нагрузок, необходимых для осуществления перфорации, низкая эффективность из-за малой ширины создаваемой цепи вследствие прочностных и габаритных ограничений на накатный ролик и механизм его выдвижения.

Задачей изобретения является повышение эффективности, надежности и долговечности перфоратора.

Поставленная задача решается тем, что в перфораторе щелевом для обсаженных скважин, содержащем корпус, подпружиненный полый шток с поршнем, опорные ролики, гидромониторную насадку, клин в виде вилкообразного ползуна, опорные и боковые пластины, рычаг, шарнирно установленный в корпусе и взаимодействующий посредством оси на свободном его конце с клином, согласно предлагаемому изобретению на оси рычага, взаимодействующей с клином, установлена шарнирно дисковая фреза с режущими двусторонними кромками на обеих сторонах, выполненными по многоярусной схеме с расчетной глубиной резания каждого яруса, а периферийная поверхность выполнена многопрофильной с углами профилей большими углов трения.

На фигуре 1 изображен щелевой перфоратор для обсаженных скважин; на фигуре 2 - разрез по А-А на фигуре 1.

Щелевой перфоратор для обсаженных скважин состоит из корпуса 1, цилиндра 2, внутри которого размещен поршень 3 с возвратной пружиной 4 и полым штоком 5, на нижнем конце которого закреплен клин 6 в виде вилкообразного ползуна, рычага 7, шарнирно связанного нижним концом с корпусом 1 посредством оси 8, на верхнем конце которого, снабженного осью 9 и взаимодействующего с клином 6, установлена с возможностью свободного вращения дисковая фреза 10 с режущими двусторонними кромками 11 на обеих сторонах, выполненными по многоярусной схеме, а периферийная поверхность 12 выполнена многопрофильной с углами профилей большими углов трения. Корпус 1 снабжен продольной прорезью 13 для обеспечения выхода дисковой фрезы за пределы корпуса в процессе перфорации, гидромониторной насадкой 14, установленной в одной плоскости с дисковой фрезой 10 и опорными роликами 15. Клин 6 снабжен боковыми пластинами 16 с пазами 17, параллельными рабочим поверхностям клина, быстросъемными пластинами 18, причем по пазам 17 перемещаются пальцы 19, установленные в оси 9. Оси 8 и 9 закреплены на рычаге 7 с помощью соединительных деталей (на чертежах не показаны).

Перфоратор щелевой работает следующим образом.

Перфоратор, закрепленный на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб (НКТ), устанавливают против требуемого интервала перфорации и создают в НКТ расчетное давление, под действием которого поршень 3 с полым штоком 5 и клином 6 перемещаются на расчетное расстояние вниз, сжимая возвратную пружину 4. Клин 6 своей клиновой поверхностью воздействует на ось 9, отодвигая ее с дисковой фрезой 10 в радиальном направлении, в результате чего дисковая фреза своей многопрофильной периферийной поверхностью 12 вдавливается в перфорируемую обсадную трубу на соответствующую глубину. После этого перфоратору и НКТ сообщается возвратно-поступательное движение на технологически необходимую величину хода. При этом дисковая фреза 10 перекатывается по обсадной трубе, вращаясь вокруг оси 9. После нескольких дискретных повышений давления в НКТ с возвратно-поступательными движениями перфоратора и образования в обсадной трубе желоба расчетной глубины в процесс формирования перфорационной щели вступают и режущие кромки 11 перфоратора, последовательно расширяющие щель за счет срезания металла трубы. По завершении перфорации трубы и размыва цементного камня и горной породы струей из гидромагнитной насадки выключают насос, в результате давление в НКТ и цилиндре 2 падает. Поршень 3 с полым штоком 5 и клином 6 за счет возвратной пружины 4 возвращаются в исходное верхнее положение, причем за счет перемещения пальцев 19 рычага 7 по пазам 17 боковых пластин 16 клина 6 дисковая фреза 10 задвигается внутрь корпуса 1. В результате перфоратор приводится в транспортное положение и может быть перемещен в новый интервал перфорации или извлечен из скважины.

Благодаря тому, что конструкция заявленного изобретения позволяет процесс формирования щели за счет деформации обсадных труб вплоть до их разрыва по образующей заменить на процесс резания металла труб, на что требуется существенно меньшие усилия со стороны перфоратора, то, как следствие, повышается надежность и долговечность перфоратора, обеспечивается возможность применения фрезы большой толщины, а следовательно, и получение перфорационной щели большой ширины. Существенным положительным следствием является и исключение заклинивания фрезы за счет уменьшения величины и последующего полного удаления деформированного в цементный камень металла труб, в результате чего формируется геометрически идеальная щель.