EA031649B1

EA031649B1 - Гидроклиновый перфоратор (варианты)

Info

Publication number: EA031649B1
Application number: EA201600676A
Authority: EA
Inventors: Сергей Владимирович Кривцов; Виктор Геннадьевич Ложкин; Евгений Анатольевич Семенцов
Original assignee: Сергей Владимирович Кривцов; Виктор Геннадьевич Ложкин; Евгений Анатольевич Семенцов
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2016-10-26
Publication date: 2019-02-28
Also published as: RU2633596C1; EA201600676A1

Abstract

Изобретение относится к прокалывающим перфораторам. Технический результат - придание универсальности и надежности. Перфоратор содержит корпус (К) (1), механизм прокалывания (МП), плунжеры (2). По первому варианту МП состоит из клиновидного узла (КУ) (4), направленного клиновидной частью вниз, по второму варианту КУ (4) направлен клиновидной частью вверх. В состав МП по обоим вариантам входит поршень-толкатель (ПТ) (5) и рабочий орган в виде рычагов (Р) (6), снабженный с одного конца прокалывающим инструментом (ПИ) (7). Вторым концом Р (6) закреплен на ПТ (5). Перфоратор по первому варианту снабжен осевым трубчатым каналом (12) для прохождения рабочей жидкости через гидроканал (13) КУ (4), ПТ (5), плунжера (2) в нижнюю часть К (1). Гидроканал (17) выполнен в теле Р (6) продольным и сразу переходящим в гидроканал (14) ПИ (7). В ПТ (5) выполнен сквозной гидроканал (18), соединенный с гидроканалом (17) Р (6) посредством гибкой трубки (19) или шланга.

Description

031649 Bl

031649 В1

Изобретения относятся к области бурения и эксплуатации нефтяных, газовых и нагнетательных скважин, а именно к прокалывающим гидроклиновым перфораторам, предназначенным для прокалывания отверстий в обсадной (эксплуатационной) колоннах, цементном камне и горной породе, с возможностью последующего намыва каверны в процессе добычи нефти и газа, и могут быть использованы, например, при вторичном вскрытии продуктивных горизонтов, при ремонтно-изоляционных работах в процессе ремонта скважин для прокалывания отверстий и обеспечения наиболее совершенной связи с заколонным пространством.

Учитывая, что использование прокалывающих перфораторов в области бурения и нефтедобычи является весьма актуальным ввиду необходимости снижения себестоимости добычи нефти и газа, а также для экономии времени при ремонте скважин в условиях снижения мировых цен на нефть, созданию подобных устройств посвящены многие технические решения, известные из уровня техники.

Так, например, известен скважинный пробойник для труб (патент РФ № 2057894), спускаемый в скважину на рабочей колонне, содержащий полый заполненный жидкостью корпус с боковыми каналами, сообщающимися с полостью корпуса, установленный в боковом канале поршень с рабочим органом, жестко связанный с корпусом полый цилиндр, шток, установленный в полости корпуса и цилиндра с возможностью осевого перемещения, плунжер, установленный в цилиндре и связанный со штоком и образующий с цилиндром штоковую и рабочую камеры, из которых последняя через отверстие в переводнике сообщается с пространством скважины через обратный клапан, выполненный в виде разрушаемой при взаимодействии с рабочей колонной заглушки.

Недостатком данного устройства является однократность его действия, в результате чего за каждый его спуск в скважину можно получить практически не более трех отверстий (определяется числом радиальных боковых каналов в его корпусе). Практика показала, что однократного воздействия его рабочего органа на пробиваемую трубу иногда недостаточно для получения необходимого отверстия в стенке трубы, и по этой причине операцию по пробивке приходится выполнять повторно, для чего устройство требуется извлекать из скважины, собирать его с новыми заглушками и штифтом и снова спускать в скважину. Все это осложняет технологический процесс прокалывания.

Кроме того, указанное известное устройство является довольно сложным по конструкции.

Для выполнения аналогичных операций известным устройством в обсадных трубах разного диаметра необходимо менять его корпус, устанавливая его большего или меньшего диаметра, так как для операции перфорации необходимо иметь определенный зазор между корпусом устройства и вскрываемой трубой. Это приводит к эксплуатационным сложностям и снижает эффективность.

Также известно изобретение Прокалывающее устройство для создания перфорационных каналов в скважине, защищенное патентом РФ № 2487990. Оно включает корпус, клин с пазами, по меньшей мере два размещенных друг за другом гидроцилиндра с соединенными шток-поршнями, один из которых подпружинен, и по меньшей мере два резца с гидромониторами и резцедержателями, размещенными в пазах опоры и клина с возможностью радиального возвратно-поступательного перемещения, корпус образован клином и стенками гидроцилиндров, шток-поршни которых выполнены с осевым каналом, сообщенным переточными каналами с их подпоршневыми полостями, а трубками - с гидромониторами резцов через каналы резцедержателей, опора которых соединена с шток-поршнем, подпружиненным вниз относительно гидроцилиндра.

Однако известное устройство характеризуется следующими недостатками: недостаточная пробивная способность и ненадежность конструкции подачи рабочей жидкости в гидромониторные насадки. Кроме того, недостатком является наличие пружины, складывающей резцедержатели, так как в случае ее поломки они не сложатся и устройство заклинит. А при большом выходе рычагов указанная пружина может ограничить их большее выдвижение.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по назначению является устройство для создания перфорационных каналов в скважине (патент РФ № 2546695). Конструкция указанного известного устройства состоит из прокалывающего перфоратора, содержащего составной корпус, по меньшей мере в одной секции которого размещен гидропривод, выполненный в виде гидроцилиндра со шток-поршнем, а в другой секции корпуса размещен механизм узла прошивки отверстий. Т.е. штокпоршень находится выше механизма узла прошивки отверстий. Механизм узла прошивки отверстий состоит из толкателя и рабочего органа, взаимодействующих друг с другом. Толкатель выполнен конусообразной формы, клинообразный конец которого обращен вниз, установлен в верхней части и выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения посредством взаимодействия со штокпоршнем гидроцилиндра. Рабочий орган размещен на опоре в нижней части секции с возможностью перемещения под воздействием давления рабочей жидкости, выполнен в виде двух коротких и двух длинных пуансонов, расположенных в плоскостях, взаимно перпендикулярных друг другу. Точки поворота пуансонов располагаются в одной плоскости, которая перпендикулярна оси движения толкателя. Пуансоны снабжены пробойниками. Рабочий орган снабжен гидромониторными каналами, сообщенными с системой подачи рабочей жидкости. В качестве преимуществ авторами указаны упрощение конструкции и уменьшение ударной нагрузки на рабочий орган, повышение надежности, конструктивная особенность прокалывающих клиньев обеспечивает щадящее прокалывание обсадной колонны и сохранение цемент

- 1 031649 ного камня за пределами стенок трубы, где не проводилось прокалывание.

Однако указанное известное устройство имеет следующие недостатки:

сложность конструкции за счет наличия сложного рабочего органа в механизме узла прошивки, состоящего из четырех пуансонов с пробойниками, установленными обязательно в плоскостях, перпендикулярных друг другу.

недостаточная надежность в работе, так как возможно заклинивание пуансонов за счет того, что при выдвижении и складывании прокалывающих инструментов происходит одновременное движение двух узлов, клина-толкателя и рабочих органов, а при заклинивании может возникнуть аварийная ситуация;

повышенный износ пробойника, толкателя, так как при возвратном движении клина толкателя пробойники, складывающиеся только под воздействием возвратной пружины, могут не успеть вернуться в исходное положение, если, например, будет какое-то рассогласование, ввиду одновременного наличия двух взаимодействующих, но не связанных друг с другом движущихся узлов при их движении, и в этом случае при перемещении прокалывающего устройства на другой интервал может происходить истирание заточенных граней (если они не полностью зашли в корпус), вследствие чего возможен отказ перфоратора;

при затупливании граней пробойников возникает недостаточная скорость прокалывания отверстия в обсадной трубе и ограниченная длина интервала прокалывания, необходимость создания большого давления в трубах насосно-компрессорных труб (НКТ);

низкая ремонтопригодность, так как использование в конструкции четырех пуансонов, да еще расположенных в перпендикулярных плоскостях, при заклинивании устройства не позволяют в срочном порядке произвести их замену, эту операцию необходимо производить на специальном оборудовании;

наличие стопорного бруса в толкателе в некоторых ситуациях, например при прямой и обратной промывке устройства, может также привести к заклиниванию и в результате к созданию трудностей при подъеме устройства на поверхность;

известное устройство не предназначено для прокалывания обсадных труб различного диаметра при одном и том же корпусе, так как наличие именно подвижного клиновидного толкателя ограничивает максимальное выдвижение пуансонов, т.е. каждое отдельное известное устройство предназначено для одного диаметра трубы.

Единый технический результат, достигаемый предлагаемыми вариантами изобретений, заключается в придании универсальности за счет возможности прокалывать обсадные трубы любого диаметра благодаря наличию неподвижного клиновидного узла и взаимодействующего с ним единого подвижного узла, состоящего из поршня-толкателя и рабочих органов, при одновременном обеспечении надежности работы за счет конструктивного упрощения механизма прокалывания в предлагаемом перфораторе и за счет снижения вероятности заклинивания прокалывающего инструмента.

Дополнительным преимуществом заявляемых перфораторов по всем вариантам является повышение экономичности за счет обеспечения ремонтопригодности путем появления возможности быстрой замены изношенных деталей, в частности прокалывающих инструментов в механизме прокалывания, а также за счет легкой транспортировки. Кроме того, экономичность достигается и благодаря тому, что клиновидный узел является неподвижным и жестко закрепленным на корпусе, и на каждую отдельную сторону клиновидного узла в предлагаемом перфораторе можно устанавливать дополнительную плоскость, позволяющую изменить зону выхода рычагов за корпус и изменить угол наклона прокалывающего инструмента, что позволяет поменять его прокалывающее усилие в случае использования его в более мягких или более твердых трубах.

Указанный технический результат достигается предлагаемым комплексным гидроклиновым перфоратором, включающим корпус, установленный внутри него по меньшей мере один плунжер со сквозным гидравлическим каналом и механизм прокалывания, включающий клиновидный узел и установленный с возможностью взаимодействия с ним рабочий орган в виде по меньшей мере двух рычагов, каждый из которых снабжен с одного конца прокалывающим инструментом, а вторым концом рычаг закреплен с возможностью поворота относительно оси корпуса, при этом в указанном инструменте и также в рычаге выполнен гидроканал, а корпус снабжен сквозными прорезями в зоне выхода прокалывающего инструмента за стенки корпуса, при этом новым по первому варианту является то, что механизм прокалывания размещен в верхней части корпуса, а плунжер - в его нижней части, механизм прокалывания дополнительно содержит поршень-толкатель, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения под воздействием плунжера, при этом поршень-толкатель установлен ниже рабочего органа и на нем закреплены вторые концы рычагов, и указанные рычаги с прокалывающим инструментом выполнены с возможностью перемещения вверх-вниз относительного клиновидного узла под воздействием поршня-толкателя, а клиновидный узел в указанном механизме установлен неподвижно, клинообразный конец его обращен вниз и в его теле выполнен осевой гидроканал, при этом гидроканал в рычаге выполнен переходящим в гидроканал прокалывающего инструмента, причем в поршне-толкателе выполнен сквозной гидроканал, соединенный с указанным гидроканалом рычага, для обеспечения гидравлической связи последнего с подпоршневым пространством, при этом перфоратор дополнительно снабжен осевым

- 2 031649 трубчатым каналом для обеспечения прохождения рабочей жидкости через осевой гидроканал клиновидного узла, поршень-толкатель, сквозной гидравлический канал плунжера в нижнюю часть корпуса или во внутриплунжерное пространство с обеспечением возможности воздействия ею на указанный плунжер для его осевого перемещения, причем по меньшей мере один плунжер выполнен подпружиненным. Новым по второму варианту является то, что механизм прокалывания дополнительно содержит поршень-толкатель, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения под воздействием плунжера, при этом поршень-толкатель установлен выше рабочего органа и на нем закреплены вторые концы рычагов, указанные рычаги с прокалывающим инструментом выполнены с возможностью перемещения вверх-вниз относительного клиновидного узла под воздействием поршня-толкателя, а клиновидный узел в указанном механизме установлен в нижней части корпуса неподвижно, и клинообразный конец его обращен вверх, при этом гидроканал в рычаге выполнен переходящим в гидроканал прокалывающего инструмента, причем в поршне-толкателе выполнен сквозной гидроканал, соединенный с указанным гидроканалом рычага, для обеспечения гидравлической связи последнего с надпоршневым пространством, в перфораторе по меньшей мере один плунжер выполнен подпружиненным.

В преимущественном выполнении по обоим вариантам его корпус в верхней части снабжен сбивным клапаном;

прокалывающий инструмент выполнен в форме объемного лезвия ножа, или в форме объемного треугольника, или в форме объемной пики, или в форме объемного клина, или в форме лезвия топора;

корпус выполнен составным;

второй конец рычага закреплен на поршне-толкателе посредством оси или посредством проточки в поршне-толкателе в виде перевернутой буквы Т;

сквозной гидроканал поршня-толкателя соединен с гидроканалом рычага посредством гибкой трубки, или шланга, или рукава высокого давления;

вдоль боковой поверхности прокалывающего инструмента выполнено углубление, например, посредством фрезерования;

углубление составляет 1-3 мм.

Поставленный технический результат достигается за счет следующего.

Предлагаемый гидроклиновый перфоратор по всем вариантам относится к комплексным. Это означает, что он прокалывает и намывает каверну, причем проколы в обсадной трубе могут быть запланированы в плоскости при необходимости, например, 180, 120, 90° относительно друг друга (например, при 180° необходимо установить 2 рычага, при 120° - 3 рычага, при 90° - 4 рычага). Это позволяет произвести комплексное вскрытие плоскости с намывом в одном участке трубы и коллектора. Кроме того, возможно произвести химическую обработку пласта в эти созданные предлагаемым перфоратором проколы через гидроканалы и гидромониторные отверстия и впоследствии вымыть из коллектора продукты реакции. Это называется комплексным вскрытием и обработкой пласта (коллектора).

Универсальность предлагаемого перфоратора проявляется за счет того, что при одном и том же размере корпуса перфоратор уже на скважине в зависимости от диаметра и толщины вскрываемой трубы настраивается таким образом, чтобы рычаги выдвигались дальше за корпус или меньше. Это зависит еще от того, что клиновидный узел установлен во всех вариантах неподвижно и его изначально можно выполнить с разным углом наклона и разной длины. А учитывая, что рычаги закреплены на подвижном поршне-толкателе (а не на перегородке, закрепленной на корпусе, как в прототипе) и вторым концом свободно взаимодействуют с клиновидным узлом, то изменяя давление рабочей жидкости на плунжеры можно варьировать длину выдвижения прокалывающих инструментов на рычагах или поставить рычаги разной длины, как одновременно (длинный и короткий), так и вместе (длинные или короткие), т.е. воздействовать на обсадные трубы разного диаметра. В прототипе для перехода на прокалывание обсадной трубы другого диаметра, по-видимому, необходимо полностью разобрать гидравлический узел известного устройства, несмотря на то, что там присутствуют пуансоны различной длины, так как она зависит, во-первых, от настроенной на конкретную определенную величину пружины для возврата пуансонов и она может ограничивать эти способности, а, во-вторых, имеется подвижный клиновидный толкатель, который установлен вверху с определенными параметрами и который также ограничивает это выдвижение, не позволяя варьировать им.

Благодаря тому, что механизм прокалывания в предлагаемом перфораторе является более простым в конструктивном исполнении (например, уменьшено количество трущихся деталей, перемещающихся одновременно), отсутствует обязательное требование, как в прототипе, о наличии строго перпендикулярного положения рычагов с прокалывающими инструментами, а также их обязательном закреплении на оси, имеющей через перегородку жесткую связь с корпусом, обеспечивается надежность работы. Это происходит потому, что рычаги с прокалывающими инструментами и поршень-толкатель в механизме прокалывания в предлагаемом перфораторе не имеют жесткой связи с корпусом, что существенно снижает риск их заклинивания и позволяет настраивать устройство на необходимую заданную длину прокола отверстий в обсадной трубе. Т.е. при возвратно-поступательном перемещении рычагов будет при работе перемещаться как бы единый узел, т.е. поршень-толкатель совместно с рычагами, в то время как у

- 3 031649 прототипа при работе перемещаются пуансоны отдельно и клиновидный толкатель отдельно, что и может привести к заклиниванию инструмента при каком-то рассогласовании, перекосе.

В то же время имеющаяся в предлагаемом перфораторе жесткая связь неподвижного клиновидного узла с корпусом в механизме прокалывания обеспечивает жесткость конструкции, но при этом клиновидный узел не оказывает прямого динамического влияния на работу и взаимосвязь указанных рабочих элементов. Все это и повышает надежность работы заявляемого устройства и снижает вероятность заклинивания.

Клиновидный узел в предлагаемом перфораторе выполнен неподвижным и закреплен на корпусе. Он выполняет своего рода роль направляющего упора для рычагов с прокалывающими инструментами, когда они движутся вверх (по первому варианту) или вниз (по второму варианту) под воздействием поршня-толкателя, отклоняются при движении по клиновидной поверхности относительно оси корпуса и при определенном подъеме (или спуске) на определенную высоту выходят в сквозные прорези корпуса для выполнения проколов в обсадной трубе.

В перфораторах по первому и второму вариантам гидроканал в рычаге выполнен переходящим в гидроканал прокалывающего инструмента. А в поршне-толкателе выполнен сквозной гидроканал, соединенный с указанным гидроканалом рычага, для обеспечения гидравлической связи последнего с подпоршневым пространством. Причем указанное соединение может быть, например, посредством гибкой трубки, или шланга, или рукава высокого давления. Причем каждый отдельный гидроканал в поршнетолкателе соединен с каждым отдельным гидроканалом рычага каждой отдельной трубкой. Благодаря такому конструктивному выполнению системы намыва каверн обеспечивается наименьшая потеря энергии струи, так как имеем кратчайшее расстояние от внутрипоршневого пространства до гидромониторного отверстия прокалывающего инструмента, так как поршень поднимается и опускается, а длина гидравлического канала остается неизменной.

На некотором расстоянии от края вдоль всей боковой поверхности по меньшей мере одного прокалывающего инструмента может быть выполнена проточка или углубление, выполненное, например, посредством фрезерования, оно преимущественно будет иметь глубину примерно 1-3 мм. Это нужно для следующего. При выходе инструмента за колонну отверстие, которое прокололи, будет закрыто этим инструментом, а если необходим намыв, то соответственно нужно обеспечить выход жидкости из-за затрубного пространства для выноса шлама, образовавшегося при намыве. То есть этой проточкой или углублением обеспечивается свободный проток жидкости из коллектора в скважину, что также повышает надежность работы предлагаемого перфоратора. Но если намыва не требуется, то такое углубление на боковой стенке инструмента можно не выполнять.

Выполнение прокалывающего инструмента в форме объемного лезвия ножа, или в форме объемного треугольника, или в форме объемной пики, или в форме лезвия топора, или в форме объемного клина, в преимущественном варианте в форме треугольника 45-110° с шириной плоскостей, сопряженных с углом режущей части от 5-50 мм, позволяет повысить надежность работы устройства за счет обеспечения при работе гарантированного прокола достаточно жестким и прочным прокалывающим инструментом стенки обсадной трубы прокалывающей частью (например, острием) такого инструмента с последующим расширением прокола телом инструмента. Под понятием объемный здесь понимается объект в трехмерном измерении (длина, ширина, толщина).

Необходимость размещения механизма прокалывания в верхней части корпуса, а плунжеров - в нижней его части при установке неподвижного клиновидного узла вниз клиновой частью в перфораторах по первому варианту обусловлена конструктивными особенностями механизма прокалывания и обеспечением его работоспособности только при таком расположении.

В перфораторе по второму варианту размещение в корпусе механизма прокалывания ниже плунжеров обусловлено установкой неподвижного клиновидного узла вверх клиновой частью. В этом случае рычаги с прокалывающими инструментами будут обращены вниз, и только при таком конструктивном размещении узлов заявляемый перфоратор будет работоспособен.

Наличие в заявляемом перфораторе по первому варианту осевого трубчатого канала для обеспечения прохождения рабочей жидкости через осевой гидроканал клиновидного узла, поршень-толкатель, сквозные гидравлические каналы плунжера в нижнюю часть корпуса (по длине можно выполнить указанный трубчатый канал чуть короче, доходящим до внутриплунжерного пространства, так как трубка может не доходить до конца корпуса, а только лишь оказаться в полости плунжера) с обеспечением возможности воздействия ею на указанные плунжеры для их осевого перемещения вверх и соответственно воздействия на поршень-толкатель, обеспечивает как раз работоспособность всей конструкции при таком пространственном расположении механизма прокалывания и плунжеров. Этот осевой трубчатый канал может быть выполнен составным из нескольких трубок или это может быть одна трубка, установленная в осевом гидроканале клиновидного узла и проходящая сквозь тело поршня-толкателя и по осевым каналам плунжеров.

Для заявляемого перфоратора по второму варианту выполнение такого трубчатого канала не требуется, так как там изменена последовательность размещения в корпусе плунжеров и механизма прокалывания.

- 4 031649

По меньшей мере один плунжер в предлагаемом перфораторе по всем двум вариантам выполнен подпружиненным. Эта пружина может выполнять частично функцию возвратной пружины для возврата инструментов в корпус, а также она необходима для перемещения устройства в заданный интервал для удержания рычагов в сложенном состоянии при транспортном положении, не позволяя прокалывающим клиньям затупливаться при перемещении в заданный интервал (т.е. такое затупливание может происходить, если прокалывающие инструменты не будут полностью утоплены в корпусе, а будут выставляться на его пределы). Т.е. фактически она обеспечивает работоспособность устройства.

Преимущественное выполнение корпуса составным обусловлено технологической потребностью упрощения изготовления предлагаемого перфоратора.

Таким образом, указанный единый технический результат достигается всей совокупностью конструктивных признаков, изложенной в формуле изобретения во всех двух вариантах гидроклинового перфоратора.

Кроме того, следует подчеркнуть, что указанная совокупность признаков в формуле по всем вариантам находится в конструктивном единстве для предлагаемого технического решения, и исключение хотя бы одного из них нарушит это единство, так как во-первых, представляет собой один объект в виде единой конструкции, конструктивные элементы которой соединены, сочленены между собой сборочными операциями и в соединении обеспечивают реализацию предлагаемым перфоратором общего функционального назначения;

во-вторых, исключение хотя бы одного признака из конструкции не обеспечит достижение поставленного технического результата;

в-третьих, исключение хотя бы одного признака из конструкции также не обеспечит реализацию назначения, т.е. может привести к несоответствию критерию промышленная применимость.

Таким образом, предлагаемые изобретения по всем заявляемым вариантам характеризуются совокупностью взаимообусловленных признаков, которые все участвуют в обеспечении достижения единого технического результата, так как этот результат проявляется только при использовании этого технического решения по каждому из вариантов в целом.

Заявляемые перфораторы иллюстрируются чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид механизма прокалывания предлагаемого перфоратора по первому варианту;

на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1 (рычаг с прокалывающим инструментом);

на фиг. 3 - разрез А-А фиг. 2;

на фиг. 4 - общий вид предлагаемого перфоратора по второму варианту.

Предлагаемый перфоратор по всем вариантам состоит из корпуса (1) и установленных в первом (фиг. 1) варианте последовательно внутри него в верхней части механизма прокалывания и ниже него одного или более плунжеров (2) с осевыми гидроканалами (плунжеров может быть несколько и они установлены последовательно). По второму варианту механизм прокалывания установлен ниже плунжера (2) (фиг. 4). В верхней части корпуса (1) может быть установлен сбивной клапан (3), например для необходимости сбросить давление жидкости и для складывания и подъема устройства. Возможно использование предлагаемого устройства по всем вариантам и без сбивного клапана.

По первому варианту механизм прокалывания, установленный в верхней части корпуса (1), состоит из клиновидного узла (4), жестко закрепленного на корпусе (1), установленного неподвижно и направленного клиновидной частью вниз. По второму варианту клиновидный узел (4) также закреплен на корпусе (1) неподвижно и установлен клиновидной частью вверх в нижней части корпуса (1). В состав механизма прокалывания по всем вариантам входит поршень-толкатель (5) и рабочий орган в виде по меньшей мере двух рычагов (6), каждый из которых снабжен с одного конца прокалывающим инструментом (7). В преимущественном исполнении рычаг и инструмент выполнены заодно, единым объектом (фиг. 2; фиг. 3). Вторым концом (9) рычаг (6) закреплен на поршне-толкателе (5) с возможностью поворота от оси этого поршня-толкателя (5) и от оси корпуса (1). При этом второй конец (9) рычага (6) закреплен на поршне-толкателе (5) посредством, например, оси (10) или посредством проточки в виде перевернутой буквы Т. Возможны и другие средства крепления указанного рычага (6). Поршень-толкатель (5) выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения под воздействием плунжера (2).

При этом прокалывающий инструмент (7) может быть выполнен, например, в форме объемного лезвия ножа, или в форме объемного треугольника, или в форме объемной пики, или в форме объемного клина, или в форме лезвия топора. Причем это перечисление не является исчерпывающим, возможны и другие формы выполнения.

Клиновидный узел (4) установлен таким образом, чтобы по его клиновидной поверхности была обеспечена возможность продвижения под воздействием поршня-толкателя (5) верхних частей рычагов (6) с инструментом с постепенным выходом в сквозные прорези (11) корпуса (1).

При этом заявляемый перфоратор по первому варианту снабжен осевым трубчатым каналом (12) для обеспечения прохождения при работе рабочей жидкости через осевой гидроканал (13) клиновидного узла (4), поршень-толкатель (5), сквозной гидравлический канал плунжера (2) в нижнюю часть корпуса (1) или во внутриплунжерное пространство с обеспечением возможности воздействия ею на указанные

- 5 031649 плунжеры (2) для их осевого перемещения. Этот осевой трубчатый канал (12) может быть выполнен составным из нескольких трубок, или это может быть одна трубка, установленная в осевом гидроканале (13) клиновидного узла (4) и проходящая сквозь тело поршня-толкателя (5) по осевым каналам плунжеров (2) и при этом имеющая длину, не доходящую до низа корпуса, чтобы обеспечить свободный выход рабочей жидкости в корпус с целью воздействия на плунжеры (2).

По всем вариантам по меньшей мере один плунжер (2) выполнен подпружиненным для обеспечения транспортного положения рычагов в устройстве и для возврата рычагов (6) при сбросе давления жидкости в устройстве.

По первому и второму вариантам (фиг. 1 и фиг. 4) гидроканал (17) выполнен в теле рычага (6) продольным и сразу переходящим в гидроканал (14) прокалывающего инструмента (7). Причем в поршнетолкателе (5) выполнен сквозной гидроканал (18) (их количество в преимущественном варианте совпадает с количеством рычагов в перфораторе), соединенный с указанным гидроканалом (17) рычага (6) для обеспечения передачи давления рабочей жидкости в гидроканал и гидромониторную насадку (14) прокалывающего инструмента (6). При этом гидроканал (18) поршня-толкателя (5) соединен с гидроканалом (17) рычага (6), например, посредством гибкой трубки (19) или шланга. Каждый отдельный гидроканал (18) соединен с каждым отдельным гидроканалом (17) рычага (6) каждой отдельной трубкой или шлангом (19).

Корпус (1) во всех вариантах может быть выполнен составным для обеспечения простоты сборки перфоратора.

В случае если при работе перфоратора по всем вариантам необходим намыв, то вдоль всей боковой поверхности прокалывающего инструмента недалеко от его края выполняют углубление (20) в теле инструмента, например, посредством фрезерования, которое может составлять 1-3 мм. Через это углубление (20) при намыве будет происходить вынос шлама из заколонного пространства.

Работа предлагаемого перфоратора по всем вариантам осуществляется следующим образом.

Перфоратор на колонне НКТ или на колтюбинговых трубах спускают в скважину на определенную глубину и привязывают к месту использования с помощью геофизических методов. После этого в перфоратор через трубы НКТ (или колтюбинг) подают рабочую жидкость, например техническую воду или нефть, и создают давление, преимущественно до 200 атмосфер. Под давлением рабочей жидкости, которая проходит в перфораторе по первому варианту через осевой трубный канал (12) вниз корпуса (1) под плунжер (2), последний начинает перемещаться вверх (плунжеры (2) передают усилие, обратное пути направления движения рабочей жидкости в канале (12)) и передают давление на поршень-толкатель (5), поднимая его. При этом поршень-толкатель (5) воздействует на рычаги (6), которые будут скользить вверх по клиновидной поверхности клиновидного узла (4) до их выдвижения в сквозные прорези (11) корпуса (1) и прокалывания обсадной трубы (на чертеже не показана). В перфораторе по второму варианту (фиг. 4) процесс похожий, только с учетом того, что в нем перевернутое размещение плунжеров и механизма прокалывания, рабочая жидкость будет воздействовать на плунжеры (2), находящиеся вверху корпуса (1), далее соответственно они воздействуют на поршень-толкатель (5), перемещая его вниз, рычаги (6) с прокалывающими инструментами (7) при этом будут скользить вниз по клиновидной поверхности клиновидного узла (4) до их выдвижения в сквозные прорези (11) корпуса (1) и прокалывания обсадной трубы.

В перфораторах по первому (фиг. 1) и второму (фиг. 4) вариантам проход жидкости для намыва производится по гидроканалам (18) поршня-толкателя (5), далее по соединительным гидроканалам (18) и гидроканалу (17) рычага (6), гибким трубкам (19) в гидроканал (17) с выходом жидкости через гидромониторные насадки (14) прокалывающего инструмента (7) за пределы обсадной трубы в коллектор.

При сбрасывании в трубах НКТ (колтюбинге) давления под воздействием пружины (8) плунжера (2) поршень-толкатель (5) начинает скользить вниз (первый вариант) или вверх (второй вариант) и возвращаться в прежнее положение, и рычаги заходят внутрь корпуса (1).

Затем производят перемещение перфоратора вверх вместе с НКТ (колтюбингом) для нового цикла прокалывающей перфорации. Перфорацию повторяют необходимое количество раз.

Дно (на чертеже не показано) корпуса (1) предлагаемого перфоратора по первому варианту может быть выполнено цельным или со сквозным осевым каналом (на чертеже не показан) с возможностью посадки в него шарика, который сбрасывается в скважину после установки в последней перфоратора, или этот шарик устанавливается подпружиненным сразу в осевой канал. Этот сквозной осевой канал может быть предназначен для первоначального выпуска загрязненной рабочей жидкости за пределы перфоратора с последующим перекрытием этого канала посредством шарика. И далее перфоратор будет работать в обычном режиме. Такой же прием можно использовать и в перфораторе по второму варианту. Только для этого в поршне-толкателе (5) выполняют осевой канал, в котором устанавливают шарик. Такой конструкторский прием с использованием шарика для всех вариантов заявляемого перфоратора расширит при работе возможности для прямой и обратной промывки перфоратора.

Конструкция предлагаемого перфоратора по всем вариантам позволяет повысить надежность его работы при эксплуатации и исключить аварийность; обеспечить перфорирование обсадных труб различного диаметра без смены корпуса;

- 6 031649 обеспечить практически полное исключение заклинивания прокалывающего инструмента.

Еще преимуществами является то, что предлагаемый перфоратор может работать на любой глубине и при высоких температурах, а также возможно использовать любую рабочую жидкость. Перфоратор не имеет ограничений по твердости прокалываемой трубы за счет применения высокотвердых материалов прокалывающих инструментов.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Г идроклиновый перфоратор, включающий корпус, установленный внутри него по меньшей мере один плунжер со сквозным гидравлическим каналом и механизм прокалывания, включающий клиновидный узел и установленный с возможностью взаимодействия с ним рабочий орган в виде по меньшей мере двух рычагов, каждый из которых снабжен с одного конца прокалывающим инструментом, а вторым концом рычаг закреплен с возможностью поворота относительно оси корпуса, при этом в указанном инструменте и также в рычаге выполнен гидроканал, а корпус снабжен сквозными прорезями в зоне выхода прокалывающего инструмента за стенки корпуса, отличающийся тем, что механизм прокалывания размещен в верхней части корпуса, а плунжер - в его нижней части, механизм прокалывания дополнительно содержит поршень-толкатель, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения под воздействием плунжера, при этом поршеньтолкатель установлен ниже рабочего органа и на нем закреплены вторые концы рычагов, и указанные рычаги с прокалывающим инструментом выполнены с возможностью перемещения вверх-вниз относительного клиновидного узла под воздействием поршня-толкателя, а клиновидный узел в указанном механизме установлен неподвижно, клинообразный конец его обращен вниз и в его теле выполнен осевой гидроканал, при этом гидроканал в рычаге выполнен переходящим в гидроканал прокалывающего инструмента, причем в поршне-толкателе выполнен сквозной гидроканал, соединенный с указанным гидроканалом рычага, для обеспечения гидравлической связи последнего с подпоршневым пространством, при этом корпус дополнительно снабжен осевым трубчатым каналом для обеспечения прохождения рабочей жидкости через осевой гидроканал клиновидного узла, поршень-толкатель, сквозной гидравлический канал плунжера в нижнюю часть корпуса или во внутриплунжерное пространство с обеспечением возможности воздействия ею на указанный плунжер для его осевого перемещения, причем по меньшей мере один плунжер выполнен подпружиненным.
2. Гидроклиновый перфоратор по п.1, отличающийся тем, что его корпус в верхней части снабжен сбивным клапаном.
3. Гидроклиновый перфоратор по п.1, отличающийся тем, что прокалывающий инструмент выполнен в форме объемного лезвия ножа, или в форме объемного треугольника, или в форме объемной пики, или в форме объемного клина, или в форме лезвия топора.
4. Гидроклиновый перфоратор по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен составным.
5. Гидроклиновый перфоратор по п.1, отличающийся тем, что второй конец рычага закреплен на поршне-толкателе посредством оси или посредством проточки в поршне-толкателе в виде перевернутой буквы Т.
6. Гидроклиновый перфоратор по п.1, отличающийся тем, что сквозной гидроканал поршнятолкателя соединен с гидроканалом рычага посредством гибкой трубки, или шланга, или рукава высокого давления.
7. Гидроклиновый перфоратор по п.1, отличающийся тем, что вдоль боковой поверхности прокалывающего инструмента выполнено углубление, например, посредством фрезерования.
8. Гидроклиновый перфоратор по п.7, отличающийся тем, что углубление составляет 1-3 мм.
9. Гидроклиновый перфоратор, включающий корпус, установленный внутри него по меньшей мере один плунжер со сквозным гидравлическим каналом и механизм прокалывания, включающий клиновидный узел и установленный с возможностью взаимодействия с ним рабочий орган в виде по меньшей мере двух рычагов, каждый из которых снабжен с одного конца прокалывающим инструментом, а вторым концом рычаг закреплен с возможностью поворота относительно оси корпуса, при этом в указанном инструменте и также в рычаге выполнен гидроканал, а корпус снабжен сквозными прорезями в зоне выхода прокалывающего инструмента за стенки корпуса, отличающийся тем, что механизм прокалывания дополнительно содержит поршень-толкатель, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения под воздействием плунжера, при этом поршень-толкатель установлен выше рабочего органа и на нем закреплены вторые концы рычагов, указанные рычаги с прокалывающим инструментом выполнены с возможностью перемещения вверхвниз относительного клиновидного узла под воздействием поршня-толкателя, а клиновидный узел в указанном механизме установлен в нижней части корпуса неподвижно и клинообразный конец его обращен вверх, при этом гидроканал в рычаге выполнен переходящим в гидроканал прокалывающего инструмента, причем в поршне-толкателе выполнен сквозной гидроканал, соединенный с указанным гидроканалом рычага, для обеспечения гидравлической связи последнего с надпоршневым пространством, причем по меньшей мере один плунжер выполнен подпружиненным.

- 7 031649
10. Гидроклиновый перфоратор по п.9, отличающийся тем, что его корпус в верхней части снабжен сбивным клапаном.
11. Гидроклиновый перфоратор по п.9, отличающийся тем, что прокалывающий инструмент выполнен в форме объемного лезвия ножа, или в форме объемного треугольника, или в форме объемной пики, или в форме объемного клина, или в форме лезвия топора.
12. Гидроклиновый перфоратор по п.9, отличающийся тем, что корпус выполнен составным.
13. Гидроклиновый перфоратор по п.9, отличающийся тем, что второй конец рычага закреплен на поршне-толкателе посредством оси или посредством проточки в поршне-толкателе в виде перевернутой буквы Т.
14. Гидроклиновый перфоратор по п.9, отличающийся тем, что сквозной гидроканал поршнятолкателя соединен с гидроканалом рычага посредством гибкой трубки, или шланга, или рукава высокого давления.
15. Гидроклиновый перфоратор по п.9, отличающийся тем, что вдоль боковой поверхности прокалывающего инструмента выполнено углубление, например, посредством фрезерования.
16. Гидроклиновый перфоратор по п.15, отличающийся тем, что углубление составляет 1-3 мм.