Устройство для перфорации скважины

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРФОРАЦИИ СКВАЖИНЫ Кузяев Эльмир Саттарович, Кузяев Салават Анатольевич (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: КУЗЯЕВ САЛАВАТ АНАТОЛЬЕВИЧ (RU) Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для ориентации перфораторов в скважине, и может быть использовано для перфорации обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах. Техническая задача заявляемого изобретения - упрощение конструкции перфоратора и обеспечение управления работой перфоратора только за счет гидравлической системы. Устройство для перфорации скважины содержит корпус с размещенным в нем механизмом поворота, содержащим подпружиненный поршень-распределитель и две полумуфты, одна из которых подпружинена в осевом направлении, а вторая жестко соединена с корпусом; перфорирующий орган, который выполнен в виде по меньшей мере двух поршней,оснащенных прокалывающим инструментом, поршни выполнены с возможностью радиального перемещения и сообщены с гидросистемой; гидросистема представляет собой гидропривод, на котором дополнительно установлен клапан последовательного включения; полумуфты механизма поворота выполнены зубчатыми, при этом одна зубчатая полумуфта механизма поворота выполнена с двумя степенями свободы и связана с подпружиненным поршнем-распределителем посредством соединения винт-гайка и подпружинена относительно поршня-распределителя, а в верхней части корпуса установлена переходная муфта для соединения с насосно-компрессорной трубой. 014439 Изобретение относится к ориентируемым устройствам для перфорации обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности. Известен скважинный перфоратор с внутренней системой ориентации, содержащий по меньшей мере один цилиндрический корпус с внутренней и наружной поверхностями, имеющий возможность поворота вокруг своей продольной оси, расположенную в корпусе, по существу, цилиндрическую трубу с внутренней и наружной поверхностями и по меньшей мере с одним расположенным в ней кумулятивным зарядом и по меньшей мере один расположенный на наружной поверхности трубы груз, который смещает центр тяжести перфоратора относительно его продольной оси и имеет сквозные отверстия, совмещенные с кумулятивным зарядом (патент ЕА 005840 В 1 30.06.2005. МПК Е 21 В 43/119). Известно также устройство для ориентации кумулятивного перфоратора, содержащее секции,включающие корпус в виде гильзы, расположенный внутри каркас и закрепленные в его нижней и верхних частях втулки, причем в торцевом конце каждой втулки каркаса кумулятивного перфоратора в диаметральной плоскости параллельно оси втулки выполнены два глухих цилиндрических отверстия, в одном из которых установлен подпружиненный штифт, частично выдвинутый из отверстия, устройство снабжено поворотным приспособлением в виде фланца, содержащего в части, прижимаемой к торцевой поверхности верхней втулки, два глухих цилиндрических отверстия, расположенных в соответствии с расположением отверстий во всех втулках, в одном из отверстий установлен подпружиненный штифт,частично выдвинутый из отверстия (патент РФ 2304702, опубл. 20.01.2007). К недостаткам известных устройств следует отнести то, что для ориентации перфоратора в скважине требуются установка специального измерительного прибора, система установки меток, проведение замеров углов, применение методик расчета с учетом азимута участка ствола скважины. Это усложняет технологию вскрытия пласта и конструкцию перфораторов, требует дополнительного оборудования и затрат времени. Наиболее близким к предлагаемому является сверлящий перфоратор-пробоотборник, включающий соединительную кабельную головку, корпус с размещенными в нем электродвигателем, двухступенчатым планетарным редуктором, имеющим полый вал второй ступени, и механизм поворота, кожух с вмонтированными приводом, прижимным рычагом и выдвигающимся буром, отличающийся тем, что он содержит компенсатор давления, вмонтированный привод выполнен в виде гидропривода, механизм поворота размещен на полом валу второй ступени планетарного редуктора и расположен в полости, образованной корпусом и кожухом, соединенными подвижно относительно друг друга, корпус имеет перегородку и пазы, полый вал второй ступени планетарного редуктора на внешней поверхности имеет две подпружиненные в осевом направлении храповые полумуфты, причем одна из них выполнена с внутренними шлицами, входящими в зацепление с соответствующими шлицами, выполненными на внешней поверхности полого вала второй ступени планетарного редуктора, а другая полумуфта имеет радиальные шипы, сопряженные с пазами кожуха подвижно в осевом направлении, а ответные храповые зубья размещены, соответственно, на заплечиках кожуха и перегородке корпуса, при этом высота храповых зубьев на перегородке корпуса больше высоты зубьев на заплечиках кожуха, патент РФ 2163249 МПК Е 21 В 49/06, опубл. 20.02.2001, выбранный заявителем в качестве прототипа. Недостатком данного устройства является сложность конструкции, т.к. используются электродвигатель, планетарный редуктор, гидропривод, который приводится в действие при помощи вала, обеспечивая перфорацию за счет сверления стенки обсадной трубы. Также при использовании данного устройства довольно сложно обеспечить поворот перфоратора на заданный угол, так как подвеской устройства является кабель. Если данным устройством производить перфорацию скважины, то необходимо дополнительно перемещать всю конструкцию по вертикальной оси, что требует дополнительных трудо- и энергозатрат на подобные манипуляции. Как следствие, для использования известной конструкции требуется сложная система управления и затратная система обслуживания. Техническая задача заявляемого изобретения - упрощение конструкции перфоратора и системы его управления с одновременным обеспечением возможности поворота перфоратора в скважине на заданный угол. Техническая задача решается тем, что перфоратор содержит корпус с размещенным в нем механизмом поворота, перфорирующий орган, гидросистему, сообщенную с перфорирующим органом, механизм поворота снабжен полумуфтами, одна из которых подпружинена в осевом направлении, а вторая жестко соединена с корпусом, отличающийся тем, что перфорирующий орган выполнен в виде по меньшей мере двух поршней, оснащенных прокалывающим инструментом, поршни выполнены с возможностью поступательно-радиального перемещения, гидросистема представляет собой гидропривод, на котором дополнительно установлен клапан последовательного включения, механизм поворота дополнительно снабжен подпружиненным поршнем-распределителем, который сообщен с гидроприводом, полумуфты механизма поворота выполнены зубчатыми, при этом одна зубчатая полумуфта механизма поворота выполнена с двумя степенями свободы и связана с подпружиненным поршнем-распределителем посредством соединения винт-гайка и подпружинена относительно поршня-распределителя, а в верхней части корпуса установлена переходная муфта для соединения с насосно-компрессорной трубой. Сравнение заявляемого изобретения с прототипом показывает, что оно отличается следующими-1 014439 признаками: на линии гидропривода дополнительно установлен клапан последовательного включения; перфорирующий орган выполнен в виде по меньшей мере двух поршней, оснащенных прокалывающим инструментом; поршни перфорирующего органа выполнены с возможностью радиального перемещения; механизм поворота дополнительно снабжен подпружиненным поршнем-распределителем; обе полумуфты механизма поворота выполнены зубчатыми; одна зубчатая полумуфта механизма поворота выполнена с двумя степенями свободы, связана с подпружиненным поршнем-распределителем посредством соединения винт-гайка, подпружинена относительно поршня-распределителя; в верхней части корпуса установлена переходная муфта, обеспечивающая соединение перфоратора с насосно-компрессорной трубой (НКТ). Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемое изобретение соответствует критерию "новизна". Заявляемое изобретение может быть изготовлено на стандартном оборудовании с использованием известных технологических процессов, поэтому можно сделать вывод его соответствии критерию "промышленная применимость". В результате проведенных нами патентно-информационных исследований заявляемая совокупность признаков выявлена не была. При этом следует отметить, что в отличие от прототипа заявляемое устройство имеет возможность поворачиваться на заданный угол. Это позволяет произвести перфорацию по всей поверхности участка эксплуатационной колонны и исключает необходимость ориентации перфоратора в скважине по азимуту. В заявляемом устройстве поворот перфоратора и процесс перфорации производится от гидропривода, сообщенного с НКТ. Следует отметить, что поворот перфоратора осуществляется относительно неподвижной подвески НКТ. Заявляемое устройство позволяет значительно снизить трудо- и энергозатраты на процесс перфорации при одновременном упрощении конструкции и управления процессом. Заявляемое устройство обеспечивает получение технического результата, который с очевидностью не следует из известного уровня техники. Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень". На рисунке схематично изображен заявляемый перфоратор, который был изготовлен для проведения промышленных испытаний. Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1 с зубчатой полумуфтой 10, переходной муфты 2,соединенной с НКТ. В перфораторе установлен механизм поворота, который содержит поршеньраспределитель 3 с винтом 4 и зубчатую полумуфту 5, которые имеют между собой соединение "винтгайка", при этом зубчатая полумуфта 5 подпружинена относительно поршня-распределителя 3 пружиной 12 и имеет возможность вращения и продольного перемещения. В поршне-распределителе 3 выполнены каналы для подачи рабочей жидкости в гидравлическую линию 11 перфоратора (на чертеже каналы в поршне показаны пунктирной линией), и он снабжен возвратной пружиной 6. На гидравлической линии 11 перфоратора установлен клапан последовательного включения (КПВ) 9, а также поршни 7 с прокалывающим инструментом 8 (возможность поступательно-радиального перемещения). Устройство работает следующим образом. Перфоратор опускается в скважину на колонне НКТ к месту перфорации. При этом колонна НКТ соединена с устройством переходной муфтой 2 (на чертеже не показано). При подаче рабочей жидкости под давлением 10 мПА в полость переходной муфты 2 поршень-распределитель 3 начинает поступательное движение вдоль оси устройства, при этом происходит сжатие пружины 12. Вследствие того что поршень-распределитель 3 имеет с зубчатой полумуфтой 5 соединение "винт-гайка", она начинает вращение вокруг оси. Так как зубчатая полумуфта 5 находится в зацеплении с зубчатой полумуфтой 10 корпуса 1, происходит поворот корпуса 1, при этом угол поворота определяется шагом зуба полумуфт. По окончании перемещения поршня-распределителя 3 происходит соединение канала подвода рабочей жидкости с гидравлической линией перфоратора 11. Затем давление жидкости поднимают до 60 мПА, при этом происходит переключение клапана последовательного включения 9 и рабочая жидкость поступает в рабочую полость поршней 7. Поршень 7 с прокалывающим инструментом 8 перемещается в радиальном направлении и происходит прокол стенки эксплуатационной колонны. Затем давление рабочей жидкости опускают до 10 мПА, которое переключает клапан последовательного включения 9, при этом происходит подача рабочей жидкости в подпоршневые полости поршней 7 и осуществляется возврат поршней 7. Затем давление сбрасывают до 0 мПА. Под нагрузкой возвратной пружины 6 поршень-распределитель 3 возвращается в исходное положение, при этом полумуфта 5 поворачивается в обратном направлении и вновь входит в зацепление с полумуфтой 10. Устройство готово к следующему циклу. Заявляемое изобретение позволяет обеспечить поворот перфоратора в скважине на любой необходимый угол, в связи с чем исключается необходимость ориентации перфоратора по азимуту, и произвести перфорацию эксплуатационной колонны с максимальной плотностью, при этом весь процесс управления производится с использованием только гидросистемы, что значительно упрощает процесс, снижает трудо- и энергозатраты.-2 014439 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Устройство для перфорации скважины, содержащее корпус с размещенным в нем механизмом поворота, перфорирующий орган, гидросистему, сообщенную с перфорирующим органом, механизм поворота снабжен полумуфтами, одна из которых подпружинена в осевом направлении, а вторая жестко соединена с корпусом, отличающееся тем, что перфорирующий орган выполнен в виде по меньшей мере двух поршней, оснащенных прокалывающим инструментом, поршни выполнены с возможностью радиального перемещения, гидросистема представляет собой гидропривод, на котором дополнительно установлен клапан последовательного включения, механизм поворота дополнительно снабжен подпружиненным поршнем-распределителем, который сообщен с гидроприводом, полумуфты механизма поворота выполнены зубчатыми, при этом одна зубчатая полумуфта механизма поворота выполнена с двумя степенями свободы и связана с подпружиненным поршнем-распределителем посредством соединения винтгайка и подпружинена относительно поршня-распределителя, а в верхней части корпуса установлена переходная муфта для соединения с насосно-компрессорной трубой.