RU2145663C1

RU2145663C1 - Device for formation opening up

Info

Publication number: RU2145663C1
Application number: RU97118801A
Authority: RU
Inventors: С.Е. Толстихин
Original assignee: Толстихин Станислав Евгеньевич
Priority date: 1997-11-17
Filing date: 1997-11-17
Publication date: 2000-02-20

Abstract

FIELD: oil producing industry, particularly, devices for opening up formations without deformations in channel zone. SUBSTANCE: device includes body with longitudinal cutout, body suspension in the form of pipes, cutting rod, control and supporting bushing, rotation unit with ball joint and thrust bearings in spindle structure. Cutting rod feed unit is made for taking up the pressure differential from feedback unit in the form of narrowing member. Feed unit is presented in the form of ball joint as truncated ball. Anchor unit is made in the form of bushing with wedges. Rotation transmission unit is in the form of joint gear. Increase of fluid flow rate results in rise of pressure differential across narrowing member. Control bushing moves downward. Pressing unit advances. Ball rotates round its axis. Rod protrudes through longitudinal cutouts. Fluid flow rate governs shaft rotation speed and force of pressing of cutting rod. EFFECT: higher efficiency of device operation. 1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для вскрытия пласта, не создающим деформации в приканальной зоне. The invention relates to the oil industry, in particular to devices for opening the formation, not creating deformation in the channel zone.

Известно устройство для вскрытия пласта, где вскрытие производится шарнирно закрепленным режущим стержнем (а.с. N 605938, E 21 B 43/114). A device for opening the formation is known, where the opening is performed by a pivotally fixed cutting rod (A.S. N 605938, E 21 B 43/114).

Устройство снабжено электродвигателем, гибким приводом, пружиной растяжения, гибкой нитью, шарнирно закрепленным патроном. The device is equipped with an electric motor, a flexible drive, a tension spring, a flexible thread, an articulated cartridge.

Недостатком данного устройства является его ограниченность по мощности двигателя и привода, отсутствие надежной фиксации на точке резания. The disadvantage of this device is its limited power of the engine and drive, the lack of reliable fixation on the cutting point.

Известно также устройство для вскрытия пласта (патент N 2070958, E 21 B 43/11, прототип), содержащее корпус с продольным вырезом в стенке; подвеску корпуса в виде труб; режущий стержень, помещенный напротив продольных вырезов корпуса, управляющей и опорной втулок и размещенный с возможностью вращения в шаровом шарнире; узел вращения в виде гидравлического двигателя, узел передачи вращения в виде шарнирной передачи; узел подачи режущего стержня, представленный шаровым шарниром в виде усеченного сверху и с боков шара, опирающегося на опорную втулку, и взаимодействующей с ним подпружиненной управляющей втулки, якорный узел, выполненный в виде гидравлически неуравновешенной втулки с шарнирно закрепленными на ней клиньями. It is also known a device for opening the formation (patent N 2070958, E 21 B 43/11, prototype), comprising a housing with a longitudinal cut in the wall; housing suspension in the form of pipes; a cutting rod placed opposite the longitudinal cutouts of the housing, the control and supporting bushings and placed rotatably in a ball joint; a rotation unit in the form of a hydraulic motor; a rotation transmission unit in the form of an articulated transmission; a cutting rod feed assembly, represented by a ball joint in the form of a ball truncated from above and from the sides, resting on a support sleeve, and a spring-loaded control sleeve interacting with it, an anchor assembly made in the form of a hydraulically unbalanced sleeve with wedges pivotally mounted on it.

Недостатками данного устройств является то, что отсутствует обратная связь параметров режима резания, что приводит к перегрузкам нижнего шарнира узла передачи вращения; выкрошиваются режущие кромки режущего стержня из-за неравномерного его прижима к стенке скважины; конструкция узла передачи вращения не обеспечивает постоянной угловой скорости режущего стержня при значительных углах его отклонения; используется серийный забойный гидравлический двигатель, предназначенный для работы с компенсацией осевого усилия разгрузкой на долото, и при резании перфорационного канала перфоратор отклоняется в противоположную стенку, тем самым уменьшая глубину канала. The disadvantages of this device is that there is no feedback of the parameters of the cutting mode, which leads to overloads of the lower hinge of the rotation transmission unit; the cutting edges of the cutting rod crumble due to its uneven pressure against the well wall; the design of the transmission transmission unit does not provide a constant angular velocity of the cutting rod with significant angles of deviation; a serial downhole hydraulic motor is used, designed to compensate for axial forces by unloading the bit, and when cutting the perforation channel, the punch deviates into the opposite wall, thereby reducing the depth of the channel.

Указанные выше недостатки устраняются предлагаемым устройством для вскрытия пласта, содержащее корпус с продольным вырезом в стенке, подвеску корпуса в виде труб, режущий стержень, расположенный напротив продольных вырезов корпуса, управляющей и опорной втулок и размещенный с возможностью вращения в шаровом шарнире, узел вращения, представленный гидравлическим забойным двигателем, узел подачи режущего стержня, представленный шаровым шарниром в виде усеченного сверху и с боков шара, опирающегося на опорную втулку, и взаимодействующей с ним подпружиненной управляющей втулки, якорный узел, выполненный в виде гидравлически неуравновешенной втулки с шарнирно закрепленными на ней клиньями, узел передачи вращения в виде шарнирной передачи, узел обратной связи в виде сужающего элемента, расположенного в кольцевом зазоре между управляющей втулкой и валом узла вращения, узел прижатия устройства к стенке скважины в виде одного или двух тел вращения, расположенного в корпусе и управляющей втулке противоположно продольному вырезу, кроме того, в конструкцию шпинделя узла вращения введен упорный подшипник, а узел подачи режущего стержня выполнен с возможностью восприятия перепада давления с узла обратной связи. The aforementioned disadvantages are eliminated by the proposed device for opening the formation, comprising a housing with a longitudinal cut in the wall, a housing suspension in the form of pipes, a cutting rod located opposite the longitudinal cutouts of the housing, the control and support bushings and placed to rotate in a ball joint, a rotation unit represented by hydraulic downhole motor, the cutting rod feed assembly, represented by a ball joint in the form of a ball truncated from above and from the sides, resting on a support sleeve, and interacting with it a spring-loaded control sleeve, an anchor unit made in the form of a hydraulically unbalanced sleeve with wedges pivotally mounted on it, a rotation transmission unit in the form of an articulated transmission, a feedback unit in the form of a constricting element located in the annular gap between the control sleeve and the shaft of the rotation unit, a unit for pressing the device to the wall of the well in the form of one or two bodies of revolution located in the housing and the control sleeve opposite to the longitudinal cutout, in addition, in the design of the spindle of the assembly tions introduced thrust bearing, and the cutting feed rod assembly is adapted to differential pressure perception to the feedback node.

На чертеже изображено предлагаемое устройство. The drawing shows the proposed device.

Устройство для вскрытия пласта содержит корпус 1 с продольным вырезом в стенке, внутри которого расположены узел вращения 2, узел передачи вращения 3, узел подачи режущего стержня 4, узел прижатия 5 устройства к стенке скважины, узел обратной связи 6, режущий стержень 7, расположенный напротив продольных вырезов корпуса 1, управляющей 8 и опорной 9 втулок и закрепленный на радиальных подшипниках 10 в шаровом шарнире 11 узла подачи режущего стержня 4, а также подвеску 12 корпуса 1 в виде труб. Снаружи корпуса 1 расположен якорный узел 13. Узел вращения 2 жестко закреплен к корпусу 1 изнутри и представляет собой гидравлический забойный двигатель 14, где в конструкцию шпинделя 15 введен упорный подшипник 16 для разгрузки осевого усилия вала 17 гидравлического забойного двигателя 14. The device for opening the formation contains a housing 1 with a longitudinal cut in the wall, inside of which there is a rotation unit 2, a transmission transmission unit 3, a supply unit for the cutting rod 4, a pressure unit 5 of the device against the well wall, a feedback unit 6, a cutting rod 7 located opposite longitudinal cutouts of the housing 1, the control 8 and the bearing 9 of the bushings and mounted on radial bearings 10 in a ball joint 11 of the feed unit of the cutting rod 4, as well as the suspension 12 of the housing 1 in the form of pipes. An anchor assembly 13 is located outside the housing 1. The rotation assembly 2 is rigidly fixed to the housing 1 from the inside and is a hydraulic downhole motor 14, where a thrust bearing 16 is inserted into the spindle 15 for unloading the axial force of the shaft 17 of the hydraulic downhole motor 14.

Узел передачи вращения 3 представлен шарнирной передачей 18, передающей крутящий момент с вала 17 через шлицевое соединение на режущий стержень 7, при этом нижний шарнир 19 может быть заменен на ШРУС. The rotation transmission unit 3 is represented by an articulated transmission 18, which transmits torque from the shaft 17 through a spline connection to the cutting rod 7, while the lower hinge 19 can be replaced by a constant velocity joint.

Узел подачи режущего стержня 4 состоит из находящейся в шлицевом зацеплении с корпусом 1 и подпружиненной тарельчатыми пружинами 20 управляющей втулки 8, имеющeй продольные вырезы для выхода режущего стержня 7 и для шарового шарнира 11, исключающиe пpоворот в горизонтальной плоскости, и горизонтальные пазы, взаимодействующие с пальцами 21 и воспринимающие на себя усилие от перепада давления на узле обратной связи 6, опорной втулки 9, жестко связанной с корпусом 1, и шарового шарнира 11, представляющего собой усеченный сверху и с боков шар, который взаимодействуют через пальцы 21 с прорезями управляющей втулки 8 и в котором расположен с возможностью вращения режущий стержень 7. Опорная втулка 9 имеет боковой вырез для выхода режущего стержня 7. The feed unit of the cutting rod 4 consists of a control sleeve 8 located in the spline mesh with the housing 1 and spring-loaded disk springs 20, having longitudinal cutouts for the output of the cutting rod 7 and for the ball joint 11, which prevent rotation in the horizontal plane, and horizontal grooves interacting with the fingers 21 and receiving the force from the pressure drop on the feedback unit 6, the support sleeve 9, rigidly connected to the housing 1, and the ball joint 11, which is a ball truncated from above and from the sides, which interact through the fingers 21 with the slots of the control sleeve 8 and in which the cutting rod 7 is rotatably located. The supporting sleeve 9 has a side cutout for the output of the cutting rod 7.

Якорный узел 13 представлен гидравлически неуравновешенной втулкой 22 с шарнирно расположенными на ней клиньями 23, взаимодействующими с конической поверхностью корпуса 1. The anchor assembly 13 is represented by a hydraulically unbalanced sleeve 22 with wedges 23 pivotally disposed on it and interacting with the conical surface of the housing 1.

Узел прижатия 5 устройства к стенке скважины представляет собой одно или два тела вращения 24, он выдвигается при смещении управляющей втулки 8 вниз относительно корпуса 1 и расположен в корпусе и управляющей втулке противоположно продольному вырезу для выхода режущего стержня 7. Узел обратной связи 6 представлен сужающим элементом 25, например специальной шайбой, расположен в кольцевом зазоре между управляющей втулкой 8 и шлицевой частью вала 17, организует перепад давления в кольцевом зазоре для перемещения управляющей втулки 8. The node pressing the device 5 against the wall of the well is one or two bodies of revolution 24, it extends when the control sleeve 8 is moved down relative to the body 1 and is located in the body and the control sleeve opposite to the longitudinal cutout for the output of the cutting rod 7. The feedback unit 6 is represented by a constricting element 25, for example, with a special washer, located in the annular gap between the control sleeve 8 and the splined part of the shaft 17, organizes a pressure differential in the annular gap to move the control sleeve 8.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Устройство опускается на точку резания на трубах 12, соединяющихся с корпусом 1 устройства, устье герметизируется. При создании избыточного давления в трубах 12 гидравлическая неуравновешенная втулка 22 смещается вверх, зажимая клинья 23 между конической поверхностью корпуса 1 и стенкой скважины. При запуске гидравлического забойного двигателя 14 на холостом ходу вращение с вала 17 узла вращения 2 через шлицевое соединение и узел передачи вращения 3 передается на режущий стержень 7. При этом усилия от перепада давления на сужающем элементе 25 недостаточно для сжатия тарельчатых пружин 20 и перемещения управляющей втулки 8. Затем при увеличении расхода жидкости увеличивается перепад давления на сужающем элементе 25, и управляющая втулка 8 перемещается вниз, сжимая тарельчатые пружины 20. При этом выдвигается узел прижатия 5, прижимая устройство к противоположной стенке скважины. Одновременно с этим горизонтальные пазы в управляющей втулке 8 взаимодействуют с пальцами 21 шарового шарнира 11, опирающегося на опорную втулку 9, проворачивая шар вокруг горизонтальной оси. При этом вращающийся режущий стержень 7 выходит через продольные вырезы в опорной втулке, управляющей втулке 8 и корпусe 1 до соприкосновения со стенкой скважины. The device drops to the cutting point on the pipes 12 connected to the housing 1 of the device, the mouth is sealed. When creating excessive pressure in the pipes 12, the hydraulic unbalanced sleeve 22 is shifted upward, clamping the wedges 23 between the conical surface of the housing 1 and the wall of the well. When starting the hydraulic downhole motor 14 at idle, rotation from the shaft 17 of the rotation unit 2 is transmitted through the splined connection and the rotation transmission unit 3 to the cutting rod 7. In this case, the forces from the pressure drop across the constricting element 25 are insufficient to compress the disk springs 20 and move the control sleeve 8. Then, with an increase in the liquid flow rate, the pressure drop across the constriction element 25 increases, and the control sleeve 8 moves downward, compressing the disk springs 20. In this case, the pressing unit 5 extends, pressing the device ystvo to the opposite wall of the well. At the same time, the horizontal grooves in the control sleeve 8 interact with the fingers 21 of the ball joint 11, which is supported by the support sleeve 9, turning the ball around a horizontal axis. In this case, the rotating cutting rod 7 exits through the longitudinal cutouts in the support sleeve, the control sleeve 8 and the housing 1 until it contacts the well wall.

В дальнейшем процесс резания происходит следующим образом. Pасход жидкости определяет частоту вращения вала 17 и усилие прижатия режущего стержня 7 к стенке скважины, т.е. при увеличении крутящего момента на режущем стержне 7 идет торможение гидравлического забойного двигателя 14 и уменьшение расхода жидкости, что ведет к уменьшению перепада давления на сужающем элементе 25 и уменьшению крутящего момента. При этом вновь увеличивается расход жидкости, ведущий к увеличению оборотов гидравлического забойного двигателя 14. Таким образом, режим резания целиком зависит только от расхода жидкости, задаваемой на поверхности. При максимальном выходе режущего стержня 7, ограниченном втулкой (на чертеже не показана), крутящий момент на гидравлическом забойном двигателе 14 падает, что отражается падением давления нагнетания при неизменном расходе жидкости. Цикл резания заканчивается, а устройство перемещается на новую точку резания, затем цикл повторяется. In the future, the cutting process occurs as follows. The fluid flow rate determines the rotational speed of the shaft 17 and the pressing force of the cutting rod 7 against the borehole wall, i.e. with increasing torque on the cutting rod 7, the hydraulic downhole motor 14 is braked and the fluid flow rate decreases, which leads to a decrease in the pressure drop across the constricting element 25 and a decrease in torque. This again increases the flow rate of the liquid, leading to an increase in the speed of the hydraulic downhole motor 14. Thus, the cutting mode entirely depends only on the flow rate of the fluid specified on the surface. When the maximum output of the cutting rod 7, limited by a sleeve (not shown), the torque on the hydraulic downhole motor 14 drops, which is reflected by a drop in discharge pressure at a constant flow rate. The cutting cycle ends, and the device moves to a new cutting point, then the cycle repeats.

Claims

A device for opening a formation comprising a housing with a longitudinal cut in the wall, a housing suspension in the form of pipes, a cutting rod located opposite the longitudinal cutouts of the housing, control and support bushings, rotatably mounted in a ball joint, a rotation assembly represented by a downhole hydraulic motor, assembly the feed of the cutting rod, represented by a ball joint in the form of a ball truncated from above and from the sides, resting on a support sleeve, and a spring-loaded control sleeve interacting with it, an anchor assembly, made in the form of a hydraulically unbalanced sleeve with wedges pivotally mounted on it, a rotation transmission unit in the form of an articulated transmission, characterized in that it is additionally equipped with a feedback unit in the form of a constricting element located in the annular gap between the control sleeve and the shaft of the rotation unit, the pressing unit device to the wall of the well in the form of one or two bodies of revolution located in the housing and in the control sleeve opposite to the longitudinal cut-out, as well as in the design of the spindle of the rotational assembly the thrust bearing is unified and the feed unit of the cutting rod is configured to perceive the pressure drop from the feedback unit.