RU19086U1 - Устройство для глубокой перфорации обсаженных скважин и исполнительный орган перфоратора - Google Patents

Abstract

1. Устройство для глубокой перфорации обсаженных скважин, содержащее корпус с криволинейной направляющей, в которой размещена гибкая штанга с режущей головкой на ее конце, механизмы осевого перемещения и вращения гибкой штанги, расположенные соосно оси корпуса, и фиксирующий пояс, отличающееся тем, что механизм вращения гибкой штанги выполнен в виде гидравлического забойного двигателя, а механизм осевого перемещения - в виде поршня, закрепленного на наружной поверхности корпуса гидравлического забойного двигателя, выходной вал которого соединен с гибкой штангой, выполненной с проточным каналом, сообщающимся с промывочными каналами, выполненными в режущей головке, при этом гидравлический забойный двигатель с поршнем установлены с возможностью осевого перемещения в полости жестко закрепленного на верхнем конце корпуса цилиндрического патрубка, верхний конец которого соединен с нижним концом колонны труб, а в верхней части корпуса гидравлического забойного двигателя размещены дополнительно введенные в устройство узел восприятия реактивного момента от вращения гибкой штанги и связанный с ним блок контроля конечных положений режущей головки, подсоединенный посредством грузонесущего электрического кабеля, закрепленного на верхнем торце корпуса гидравлического забойного двигателя, к устью скважины.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел восприятия реактивного момента от вращения гибкой штанги выполнен в виде по крайней мере двух пазов на внешней поверхности корпуса гидравлического забойного двигателя, в которых установлены подпружиненные шпонки с возможностью их выдвижения в продольный п�

Description

Устройство для глубокой перфорации обсаженных скважин и исполнительный орган перфоратора

Полезные модели относятся к области нефтяной и газовой промышленности и предназначены для перфорации обсаженных скважин и вскрытия продуктивных нефтяных и газовых горизонтов.

Известно устройство для глубокой перфорации стенок обсаженной скважины, содержащее цилиндрический корпус, гибкий вал с режущим инструментом, размещенный в криволинейной направляющей, механизм подачи и механизм вращения гибкого вала (см. Авт. свид. SU № 1776771 Е21В43/11,1990).

Известное устройство не позволяет получать радиальные перфорационные каналы и обеспечивает ограниченную глубину внедрения направляющей в пласт.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для г.11убокой перфорации обсаженной скважины, включающее цилиндрический корпус, гибкую щтагу с режущим инструментом, радиально установленным в корпусе, криволинейную направляющую осевого перемещения щтанги, механизм подачи и механизм вращения пгганги, расположенные соосно оси устройства, и фиксирующий пояс (см. Авт. свид. SU № 2109129, Е21В43/11, 1996).

tQQl10927fi

Illll lllii iiiii iiiii jinr,,.v, M

МПК :Е21В43/11

К недостаткам указанного устройства относятся низкий ресурс работы режущего инструмента, повышенная конструктивная сложность выполнения механизмов подачи и вращения щтанги, ограниченный диапазон параметров перфорационных каналов и недостаточно высокая скорость сверления, обусловленные кольматацией стенок каналов частицами высверливаемой породы, а также сложность процесса замены отработанной режущей головки, связанная с необходимостью подъема и спуска в скважину всей колонны труб.

Из известных устройств наиболее близким к заявленному в группе полезных моделей испол1штельному органу перфоратора является исполнительный орган, включающий размещенную в криволинейной направляющей гибкую штангу, выполненную составной из втулок с цилиндрической формой наружной поверхности, в которых выполнены сквозные отверстия, и вкладышей, вставленных во втулки с зазором и возможностью предотвращения осевого смещения относительно втулки, причем каждый вкладыш вставлен одновременно в две соседние втулки, при этом отверстия втулок имеют форму, отличную от круговой, а форма вкладышей повторяет форму отверстий, через втулки пропущен трос, подпружиненный упругим элементом сжатия. (См. Авт.свид. SU № 2109129, Е21В43/11,1996).

Недостатком указанного устройства является низкая надежность работы, обусловленная большими контактными нагрузками на втулки, приводящими к их быстрому износу.

В основу первой из заявленной группы полезной модели положена задача создания устройства для глубокой перфорации обсаженных скважин, обеспечивающего повышение эффективности перфорации, а именно скорости сверления каналов, расширения диапазона их параметров и повышение

надежности работы гибкой пгганги с режущим инструментом за счет создания и поддержания депрессии на пласт в процессе его вскрытия, следствием чего является предотвращение кольматации пор вскрываемого пласта высверливаемой породой и соответственно, сохранение его первоначальных коллекторских свойств с обеспечением поступления флюида из пласта в ствол скважины, а также улучшение условий работы гибкой штаги с режущим инструментом. Повышению эффективности данной полезной модели способствует также конструктивное упрощение процесса замены отработанной режущей головки и обеспечение получения информации на устье скважины о начале и окончании процесса сверления канала перфорации, которая может быть использована для регулирования процесса перфорации.

Задачей второй из заявленной группы полезной модели является повышение надежности работы исполнительного органа перфоратора за счет уменьшения контактных нагрузок при передаче крутящего момента с одной втулки гибкой пгганги на другую, а также повышение степени гибкости штаги.

Заявленная группа полезных моделей соответствует требованию единства полезной модели, поскольку группа однообъектных полезных моделей образует единый творческий замысел, причем один из заявленных объектов группы - исполнительный орган перфоратора может быть использован в другом, т.е. в устройстве для глубокой перфорации обсаженных скважин.

Поставленная задача по первому объекту группы полезных моделей достигается тем, что в устройстве для глубокой перфорации обсаженных скважин, содержащем корпус с криволинейной направляющей, в которой размещена гибкая штанга с режущей головкой на ее конце, механизмы

осевого перемещения и вращения гибкой щтанги, расположенные соосно оси корпуса, и фиксирующий пояс, согласно, полезной модели механизм вращения гибкой штанги выполнен в виде гидравлического забойного двигателя, а механизм осевого перемещения - в виде порщня, закрепленного на наружной поверхности корпуса гидравлического забойного двигателя, выходной вал которого соединен с гибкой штангой, выполненной с проточным каналом, сообщающимся с промывочными каналами, выполненными в режущей головке, при этом гидравлический забойный двигатель с поршнем установлены с возможностью осевого перемещения в полости жестко закрепленного на верхнем конце корпуса цилиндрического патрубка, верхний конец которого соединен с нижним концом колонны труб, а в верхней части корпуса гидравлического забойного двигателя размещены дополнительно введенные в устройство узел восприятия реактивного момента от вращения гибкой пгтанги и связанный с ним блок контроля конечных положений режущей головки, подсоединенный посредством грузонесущего электрического кабеля, закрепленного на верхнем торце корпуса гидравлического забойного двигателя, к устью скважины. А также тем, что:

-узел восприятия реактивного момента от вращения гибкой штанги выполнен в виде по крайней мере двух пазов на внешней поверхности корпуса гидравлического забойного двигателя, в которых установлены подпружиненные шпонки с возможностью их выдвижения в продольный паз, выполненный на внутренней поверхности цилиндрического патрубка, длина которого равна величине перемещения режущей головки за пределы корпуса устройства;

-блок контроля конечных положений режущей головки гибкой штанги выполнен в виде толкателей, взаимодействующих с одной стороны со

шпонками узла восприятия реактивного момента от вращения гибкой штанги, а с другой - с рабочим концом фигурного рычага, свободный конец которого контактирует с концевым выключателем, подключенным к грузонесущему электрическому кабелю;

- в качестве гидравлического забойного двигателя использован винтовой забойный двигатель.

Поставленная задача по второму объекту группы полезных моделей достигается тем, что в исполнительном органе перфоратора, включающем размещенную в криволинейной направляющей гибкую штангу в виде сопряженных между собой втулок с режущей головкой на ее конце, согласно полезной модели гибкая штага выполнена в виде напорного рукава, проточный канал которого сообщается с системой промывочных каналов, выполненных в режущей головке, при этом втулки установлены на внешней поверхности напорного рукава и их концы имеют внутренние и/или внешние сферические поверхности с обеспечением охвата внешней сферической поверхностью конца одной втулки внутренней сферической поверхности конца другой втулки, причем между смежными торцами втулок размещены эластичные кольца, а в каждой паре сопрягаемых сферических поверхностей концов втулок установлены элементы передачи крутящего момента от одной втулки к другой для обеспечения вращения гибкой штанги в процессе работы.

При этом целесообразно, чтобы элементы передачи были выполнены в виде канавок на сопрягаемых сферических поверхностях втулок с размеще1шыми в них шариками.

Сущность группы полезных моделей поясняется чертежами, где на фиг.1 дан общий вид устройства для г.г1убокой перфорации обсаженных скважин (его продольный разрез), на фиг. 2 и 3 - варианты конструктивного выполнения исполните:п.ного органа перфоратора.

Устройство для глубокой перфорации обсаженной скважины (фиг.1) содержит корпус 1, имеющий криволинейную направляющую 2 с размещенной в ней гибкой штангой 3, на конце которой закреплена режущая головка 4.

В нижней части корпуса 1 размещен фиксирующий пояс 5, состоящий из конуса 6 и подпружиненных клиновых плашек 7.

На верхнем конце корпуса 1 жестко закреплен цилиндрический патрубок 8, верхний конец которого соединен с нижним концом колонны труб 9 посредством муфты 10. В полости цилиндрического патрубка 8 установлен гидравлический забойный двигатель 11, выходной вал 12 которого соедршен с гибкой штангой 3, выполненной с проточным каналом 13, сообщающимся с промывочными каналами 14, выполненными в режущей головке 4.

В качестве гидравлического забойного двигателя может быть использован серийный винтовой забойный двигатель, приспособленный для работы с промывочной жидкостью.

На наружной поверхности корпуса гидравлического забойного двигателя закреплен поршень 15. Гидравлический забойный двигатель 11с поршнем 15 установлены с возможностью осевого перемещения в полости цилиндрического патрубка 8 и выполняют функции, соответственно, механизма вращения и механизма осевого перемещения гибкой штанги 3.

В верхней части 16 корпуса гидравлического забойного двигателя 11 размещен узел восприятия реактивного момента от вращения гибкой штанги 3, выполненный в виде по крайней мере двух пазов 17 на внешней поверхности корпуса двигателя 11, в которых установлены подпружиненные шпонки 18 и 19. На внутренней поверхности цилиндрического патрубка 8 выполнен продольный паз 20 под любую из шпонок 18 или 19. Рабочая длина

паза 20 устанавливается равной величине перемещения режущей головки 4 гибкой штанги за пределы корпуса устройства в процессе перфорации.

В верхней же части 16 корпуса гидравлического забойного дврп ателя 11 размещен связанный и взаимодействующий с элементами узла восприятия реактивного момента от вращения гибкой штанги 3 блок контроля конечных положений режущей головки 4.Указанный блок контроля содержит два толкателя 21 и 22, фигурный рычаг 23 и концевой выключатель 24.

При этом толкатели 21 и 22 взаимодействуют с одной стороны со шпонками 18 и 19, а с другой - с рабочим концом фигурного рычага 23, свободный конец которого подпружинен и контактирует с концевым выключателем 24.

На верхнем торце 25 корпуса гидравлического забойного двигателя 11 закреплен грузонесущий электрический кабель 26, к которому подключен концевой выключате п 24.

Позициями 27 и 28 на фиг.1 обозначены соответственно обсадная колонна и горная порода.

Устройство работает следующим образом.

К нижнему концу колоны труб 9 с помощью муфты 10 подвешивают цилиндрический патрубок 8 вместе с жестко соединенным с ним корпусом 1, после чего колонну труб 9 с указанными элементами спускают в ствол обсаженной скважины 27. При достижении заданного интервала перфорации, колонну труб 9 крепят на устье скважины и производят жесткую фиксацию корпуса 1 относительно стенок обсадной колонны 27 с помощью конуса 6 и подпружиненных клиновых плашек 7 фиксирзоощего пояса 5.

На дневной поверхности выходной вал 12 гидравлического забойного двигателя 11 соединяют с гибким валом 3. В верхней части корпуса двигателя 11 размещают узел восприятия реактивного момента от вращения гибкой

штанги 3 и блок контроля конечных ноложений режущей головки 4. После чего верхний торец 25 корнуса двигателя 11 соединяют с грузонесущим электрическим кабелем 26 и подсоединяют к нему концевой выключатель 24. Затем с дневной поверхности в ствол скважины спускают на кабеле 26 соединенные между собой гидравлический забойный двигатель 11 с поршнем 15 на его наружной поверхности и гибкий вал 3 с режущей головкой 4 на его конце. При этом гибкий вал 3 с режущей головкой 4 входит в верхнюю прямолинейную часть криволинейной направляющей 2 корпуса 1 устройства, а поршень 15 входит внутрь цилиндрического патрубка 8. Благодаря тому, что шпонки 18 и 19 подпружинены, при входе в патрубок 8 они Затапливаются в продольных пазах 17 и в таком состоянии проходят верхнюю часть патрубка 8. Как только одна из шпонок 18 или 19 при радиальном повороте двигателя 11 достигнет продольного паза 20, она автоматически выдвигается и заходит в указанный паз.

Когда режущая головка 4 гибкой штанги 3, пройдя криволинейную направляющую 2, достигнет внутренней стенки обсадной колонны 27, находящаяся в продольном пазу 20 одна из шпонок 18 или 19 взаимодействует через толкатели 21 и 22 с фигурным рычагом 23, контактирующим в свою очередь, с концевым выключателем 24, который через кабель 26 передает на дневную поверхность сигнал о том, что режущая головка находится в исходном положении.

После чего с дневной поверхности скважины по колонне труб 9 на двигатель 11 под давлением подают промывочную жидкость, в результате чего происходит вращение гибкой штанги 3 с режущей головкой 4, то есть производится сверление каналов перфорации. При этом промывочная жидкость, проходя через забойный гидравлический двигатель 11, проточный канал 13 гибкой штанги 3 и через промывочные каналы 14 режущей

ГОЛОВКИ 4, выходит непосредственно в зону контакта режущей головки 4 с высверливаемой средой, вначале - с металлической стенкой обсадной колонны скважины 27, а затем - с горной нородой 28. Находящаяся в нродольном пазу 20 шпонка воснринимает реактивный момент от вращения гибкой щтанги 3 при работе головки 4, и как только двигатель 11 достигнет своего расчетного нижнего положения, находящаяся в продольном пазу 20 шпонка 18 или 19 через толкатели 21 и 22, фигурный рычаг 23, концевой выключатель 24 и через кабель 26 подает сигнал на дневную поверхность об окончании сверления канала перфорации. Подачу промывочной жидкости на двигатель 11 прекращают и гибкую пггангу 3 с режущей головкой 4 приводят в исходное положение путем выбирания кабеля 26 на соответствующую величину. Далее производят переустановку устройства в необходимое положение, фиксируют устройство относительно стенок обсадной колонны 27 скважины и цикл сверления нового канала перфорации повторяют.

Для замены износргешейся режущей головки 4 гибкую штангу 3 с двигателем 11 поднимают из скважины на грз онесущем кабеле 26, производят замену режущей головки 4, после чего указанные элементы на кабеле 26 опускают в ствол скважины.

Подача промывочной жидкости последовательно через гидравлический забойный двигатель 11, проточный канал 13 гибкой штанги 3 и промывочные каналы 14 режущей головки 4 непосредственно в зону ее контакта с высверливаемой средой обеспечивает возможность промывки каналов перфорации в процессе их сверления, гфедотвращение, таким образом, забивания пор вскрываемого пласта частицами высверливаемой породы, и, следовательно сохранение его естественных коллекторских свойств.

Промывка каналов перфорации увеличивает срок службы режущей головки 4 за счет ее охлаждения и смазки промывочной жидкостью, а также обеспечивает создание и поддержание депрессии на пласт при сверлении с обеспечением поступления флюида из пласта в ствол скважины уже на стадии вскрытия пласта.

Наличие проточного канала 13 в гибкой штанге 3 совместно с промывочными каналами 14 в реж5ш ей головке 4 облегчают условия работы штанги с головкой, что приводит к повышению надежности их работь, скорости сверления и увеличению глубршы и диаметра каналов перфорации.

Исполнительный орган перфоратора (см. фиг.2,3) содержит размещенную в криволинейной направляющей 2 гибкую щтангу 3, выполненную в виде напорного рукава 29, проточный канал 13 которого сообщается с системой промывочных каналов 14 в режущей головке 4. На внешней поверхности напорного рукава 29 установлены втулки 30 и 31, концы которых имеют внутренние 32 и/или внешние 33 сферические поверхности. Нричем втулки 30 и 31 установлены таким образом, что внешняя 33 сферическая поверхность конца втулки 30 охватывается внутренней 32 сферической поверхностью конца втулки 31.

Между смежными торцами втулок 30 размещены эластичные кольца 34, а в каждой паре сопрягаемых сферических поверхностей концов втулок 30 и 31 установлены элементы передачи крутятцего момента от одной втулки к другой, выполненные в виде канавок 35, в которые заведены шарики 36.

Эластичные кольца 34 обеспечивают возвращение такой штанги 3 в прямолинейное состояние, при выходе его из криволинейной направляющей 2.

При этом на фиг. 2 изображен вариант выполнения концов втулок с внутренними или внешними сферическими поверхностями, а на фиг. 3 вариант выполнения на одних концах втулок внутренних, а на других внешних сферических поверхностей.

Согласно варианту, изображенному на фиг.2, втулки 30 и 31 установлены на напорном рукаве 29 таким образом, что одна наружная втулка 31 с внутренними 32 сферическими поверхностями на концах охватывает внешние 33 сферические поверхности концов двух смежных втулок 30.

А согласно варианту на фиг 3, внешнюю 33 сферическую поверхность одного конца втулки 30 охватывает внутренняя 32 сферическая поверхность конца соседней втулки 31.

Описанное констрз ктивное выполнение исполнительного органа перфоратора, в том числе наличие проточного канала 13, обеспечивают: повышение степени гибкости штанги, а также уменьшение контактных нагрузок при передаче крутящего момента с одной втулки на другую, следствием чего является повышение надежности работы исполнительного органа; передачу на режущую головку 4 необходимой для эффективного разрушения горных пород осевой нагрузки 300 - 500 кг; подачу промывочной жидкости для охлаждения режущей головки с расходом 4-6 л/сек; номинальную скорость вращения режзшдей головки в пределах 90 - 140 об/мин.

Claims (6)

1. Устройство для глубокой перфорации обсаженных скважин, содержащее корпус с криволинейной направляющей, в которой размещена гибкая штанга с режущей головкой на ее конце, механизмы осевого перемещения и вращения гибкой штанги, расположенные соосно оси корпуса, и фиксирующий пояс, отличающееся тем, что механизм вращения гибкой штанги выполнен в виде гидравлического забойного двигателя, а механизм осевого перемещения - в виде поршня, закрепленного на наружной поверхности корпуса гидравлического забойного двигателя, выходной вал которого соединен с гибкой штангой, выполненной с проточным каналом, сообщающимся с промывочными каналами, выполненными в режущей головке, при этом гидравлический забойный двигатель с поршнем установлены с возможностью осевого перемещения в полости жестко закрепленного на верхнем конце корпуса цилиндрического патрубка, верхний конец которого соединен с нижним концом колонны труб, а в верхней части корпуса гидравлического забойного двигателя размещены дополнительно введенные в устройство узел восприятия реактивного момента от вращения гибкой штанги и связанный с ним блок контроля конечных положений режущей головки, подсоединенный посредством грузонесущего электрического кабеля, закрепленного на верхнем торце корпуса гидравлического забойного двигателя, к устью скважины.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел восприятия реактивного момента от вращения гибкой штанги выполнен в виде по крайней мере двух пазов на внешней поверхности корпуса гидравлического забойного двигателя, в которых установлены подпружиненные шпонки с возможностью их выдвижения в продольный паз, выполненный на внутренней поверхности цилиндрического патрубка, длина которого равна величине перемещения режущей головки за пределы корпуса устройства.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что блок контроля конечных положений режущей головки гибкой штанги выполнен в виде толкателей, взаимодействующих с одной стороны со шпонками узла восприятия реактивного момента от вращения гибкой штанги, а с другой - с рабочим концом фигурного рычага, свободный конец которого контактирует с концевым выключателем, подключенным к грузонесущему электрическому кабелю.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве гидравлического забойного двигателя использован винтовой забойный двигатель.

5. Исполнительный орган перфоратора, включающий размещенную в криволинейной направляющей гибкую штангу в виде сопряженных между собой втулок с режущей головкой на ее конце, отличающийся тем, что гибкая штанга выполнена в виде напорного рукава, проточный канал которого сообщается с системой промывочных каналов, выполненных в режущей головке, при этом втулки установлены на внешней поверхности напорного рукава и их концы имеют внутренние и/или внешние сферические поверхности с обеспечением охвата внешней сферической поверхностью конца одной втулки внутренней сферической поверхности конца другой втулки, причем между смежными торцами втулок размещены эластичные кольца, а в каждой паре сопрягаемых сферических поверхностей концов втулок установлены элементы передачи крутящего момента от одной втулки к другой для обеспечения вращения гибкой штанги в процессе работы.

6. Исполнительный орган по п.5, отличающийся тем, что элементы передачи выполнены в виде канавок на сопрягаемых сферических поверхностях втулок с размещенными в них шариками.