RU60614U1

RU60614U1 - HYDROMECHANICAL PERFORATOR SLITTING CUTTING ACTION

Info

Publication number: RU60614U1
Application number: RU2006133710/22U
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Кривцов; Евгений Анатольевич Семенцов; Дмитрий Александрович Кончин
Original assignee: Сергей Владимирович Кривцов; Евгений Анатольевич Семенцов; Дмитрий Александрович Кончин
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2007-01-27

Abstract

Полезная модель относится к области нефтедобычи, в частности, к конструкциям щелевых перфораторов. Технический результат заключается в повышении производительности работ перфоратора за счет улучшения условий резки и обработки щелей и снижения при этом энерго- и трудозатрат, при одновременном сокращении времени производства работ. Сущность: перфоратор содержит корпус (К) 1, в котором размещен поршень-толкатель (ПТ) 2 с гидравлическим центральным каналом 3 и отводящими гидроканалами (ОК) 4, оборудованными гидромониторными насадками (ГН) 5. Причем ОК 4 сопряжен с каналом 3 по плавной образующей без угловых перегибов. Также в К 1 расположены две выдвижные фрезы (ФР) 6 и 7, обеспечивающие возможность выполнения двух диаметрально расположенных щелей в колонне. Указанные ФР 6 и 7 установлены на отдельных осях 8 и 9 соответственно и снабжены механизмом выдвижения, состоящим из закрепленного на К 1 коромысла 10, в плечах которого установлены оси 8 и 9 ФР 6 и 7, и из двух зеркально установленных друг по отношению к другу по продольной оси одинарных отклоняющих клиньев (КЛ)П и 12, клиновидная поверхность 13 и 14 которых служит направляющими для коромысла 10. При этом КЛ 11 взаимодействует с ПТ 2 и является клином-поршнем 11, а второй КЛ 12 является направляющим и выполнен подпружиненным возвратной пружиной 15. ФР 6 и 7 выполнены с затылованными зубьями 16 (фиг.2), угол заточки а режущей кромки (РК)17 которых составляет величину близкую или равную 90°. Рабочий канал ГН 5 выполнен в виде усеченного конуса 18, плавно переходящего в цилиндрическую часть 19, а стенки у основания конуса 18, расположенного у входной кромки канала, выполнены с кривизной. 1 н.п. ф-лы; 3 ил.The utility model relates to the field of oil production, in particular, to designs of slotted perforators. The technical result is to increase the productivity of the drill by improving the conditions for cutting and processing slots and reduce energy and labor costs, while reducing the time of work. Essence: a perforator contains a housing (K) 1, in which a piston-pusher (PT) 2 is located with a hydraulic central channel 3 and outlet hydraulic channels (OK) 4, equipped with hydraulic nozzles (GN) 5. Moreover, OK 4 is interfaced with channel 3 in a smooth forming without angular kinks. Also in K 1 are two retractable cutters (FR) 6 and 7, providing the ability to perform two diametrically located slots in the column. Said FR 6 and 7 are mounted on separate axes 8 and 9, respectively, and are equipped with an extension mechanism consisting of a rocker arm 10 fixed to K 1, in the shoulders of which axles 8 and 9 FR 6 and 7 are mounted, and of two mirror-mounted relative to each other along the longitudinal axis of the single deflecting wedges (KL) P and 12, the wedge-shaped surface 13 and 14 of which serves as guides for the rocker 10. In this case, KL 11 interacts with PT 2 and is a wedge-piston 11, and the second KL 12 is a guide and spring-loaded return spring 15. FR 6 and 7 you olneny with relief teeth 16 (Figure 2), a sharpening angle of the cutting edge (RK) 17 whose value is close or equal to 90 °. The working channel GN 5 is made in the form of a truncated cone 18, smoothly turning into a cylindrical part 19, and the walls at the base of the cone 18 located at the inlet edge of the channel are made with curvature. 1 n.p. f-ly; 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области нефтедобычи, в частности, к конструкциям щелевых перфораторов, и может быть использована для создания перфорационных щелей в обсадных колоннах, цементном камне и горной породе при вторичном вскрытии продуктивных горизонтов как в обсаженных, так и в необсаженных скважинах.The utility model relates to the field of oil production, in particular, to designs of slotted perforators, and can be used to create perforations in casing, cement stone and rock during the second opening of productive horizons in both cased and uncased wells.

Известен перфоратор гидромеханический щелевой [1], который состоит из корпуса, размещенного в нем поршня-толкателя и двух режущих инструментов в виде установленных на оси режущих дисков (накатных валиков) с механизмом их выдвижения для выполнения двух диаметрально расположенных щелей в колонне. Механизм выдвижения дисков включает смонтированное на центральной оси коромысло, в плечах которого в отверстиях установлены оси режущих дисков. Коромысло выполнено с возможностью поворота при перемещении поршня-толкателя.Known hydromechanical slotted perforator [1], which consists of a housing placed in it a piston-pusher and two cutting tools in the form of cutting disks mounted on the axis (knurled rollers) with a mechanism for their extension to make two diametrically located slots in the column. The mechanism for extending the disks includes a rocker mounted on the central axis, in the shoulders of which the axes of the cutting disks are installed in the holes. The beam is made with the possibility of rotation when moving the piston-pusher.

Недостатком указанного известного перфоратора является необходимость приложения большого усилия (давления) для создания щели в колонне, ввиду того, что при этом процессе накатной ролик продавливает металл. Это приводит к большим трудо- и энергозатратам.The disadvantage of this known perforator is the necessity of applying great effort (pressure) to create a gap in the column, due to the fact that during this process the rolling roller presses through the metal. This leads to large labor and energy costs.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности является гидромеханический щелевой перфоратор [2], содержащий корпус, размещенный в нем поршнь-толкатель с гидравлическим центральным каналом и двумя боковыми гидроканалами, оборудованными гидромониторными насадками, два выдвижных режущих инструмента (накатных ролика), обеспечивающих возможность выполнения двух диаметрально расположенных щелей в колонне, каждый из которых установлен на отдельной оси и снабжен механизмом Closest to the proposed technical solution by technical nature is a hydromechanical slotted drill [2], comprising a housing, a pusher-piston with a hydraulic central channel and two side hydraulic channels equipped with hydraulic nozzles, two retractable cutting tools (knurled rollers) that provide the opportunity performing two diametrically located slots in the column, each of which is mounted on a separate axis and equipped with a mechanism

выдвижения. Указанный механизм выдвижения содержит смонтированное на центральной оси с возможностью поворота коромысло, в плечах которого установлены оси режущих инструментов, и содержит установленный на нижней части поршня-толкателя двойной клин. Указанный известный перфоратор позволяет исключить затраты времени на его разворот на 180° для наката второй щели и не требует дополнительных спуско-подъемных операций.nominations. The specified extension mechanism comprises a rocker mounted on the central axis with the possibility of rotation, in the shoulders of which the axes of the cutting tools are mounted, and contains a double wedge mounted on the lower part of the pusher-pusher. The specified well-known punch allows you to exclude the time required to rotate it 180 ° to roll the second slot and does not require additional tripping and lifting operations.

Однако известный перфоратор не лишен недостатков, а именно:However, the known hammer drill is not without drawbacks, namely:

- быстрый износ накатного ролика;- quick wear of the rolling roller;

- большое сопротивление при продавливании щели;- great resistance when punching the gap;

- необходимость создания больших давлений рабочей жидкости;- the need to create large pressures of the working fluid;

- большая продолжительность проведения операции.- long duration of the operation.

Указанные недостатки снижают производительность работы перфоратора.These disadvantages reduce the performance of the punch.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении производительности работ перфоратора за счет улучшения условий резки и обработки щелей и снижения при этом энерго- и трудозатрат, при одновременном сокращении времени производства работ.The technical result provided by the proposed utility model is to increase the productivity of the perforator by improving the conditions for cutting and processing gaps and reducing energy and labor costs, while reducing the time of work.

Указанный технический результат обеспечивается предлагаемым перфоратором гидромеханическим щелевым режущего действия, включающим корпус, размещенный в нем поршень-толкатель с гидравлическим центральным каналом, два выдвижных режущих инструмента, обеспечивающих возможность выполнения двух диаметрально расположенных щелей в колонне, каждый из которых установлен на отдельной оси и снабжен механизмом выдвижения, включающим смонтированное на центральной оси с возможностью поворота коромысло, в плечах которого установлены упомянутые оси The specified technical result is provided by the proposed perforator hydromechanical slotted cutting action, comprising a housing, a pusher-piston with a hydraulic central channel, two retractable cutting tools that make it possible to make two diametrically located slots in the column, each of which is mounted on a separate axis and equipped with a mechanism extension, including mounted on the Central axis with the possibility of rotation of the beam, in the shoulders of which are installed axis

режущих инструментов, и взаимодействующий с поршнем-толкателем клин, при этом новым является то, что перфоратор снабжен двумя одинарными отклоняющими клиньями, клиновидная поверхность которых служит направляющими для коромысла, в плечах которого установлены оси режущих инструментов, при этом один из упомянутых клиньев взаимодействует с поршнем-толкателем и является клином-поршнем, а второй - установлен автономно, выполнен подпружиненным и зеркально установлен ниже первого клина, в качестве режущего инструмента перфоратор содержит фрезу с затылованными зубьями, угол заточки режущей кромки которых составляет величину близкую или равную 90°, а режущая кромка снабжена твердым покрытием, при этом гидравлический центральный канал поршня-толкателя снабжен двумя отводящими гидроканалами, сопряженными с указанным центральным каналом по плавной образующей без угловых перегибов, а упомянутые отводящие гидроканалы снабжены в свою очередь гидромониторными насадками, рабочий канал которых выполнен в виде усеченного конуса, плавно переходящего в цилиндрическую часть, причем стенки у основания указанного конуса, расположенного у входной кромки канала, выполнены с кривизной.cutting wedges, and a wedge interacting with a pusher-pusher, while the new one is that the perforator is equipped with two single deflecting wedges, the wedge-shaped surface of which serves as guides for the rocker arm, in the shoulders of which the axes of the cutting tools are mounted, while one of the mentioned wedges interacts with the piston -the pusher is a piston-wedge, and the second is installed independently, is spring-loaded, and is mirrored below the first wedge, as a cutting tool, the perforator contains a tooth with a backed teeth, the angle of sharpening of the cutting edge of which is close to or equal to 90 °, and the cutting edge is provided with a hard coating, while the hydraulic Central channel of the piston-pusher is equipped with two outlet hydraulic channels, coupled to the specified Central channel in a smooth generatrix without angular bends, and said outlet hydraulic channels are in turn equipped with hydraulic monitor nozzles, the working channel of which is made in the form of a truncated cone, smoothly turning into a cylindrical part, and with Tenks at the base of the specified cone located at the input edge of the channel are made with curvature.

Вышеприведенный технический результат достигается за счет следующего.The above technical result is achieved due to the following.

Благодаря тому, что в качестве режущего инструмента перфоратор содержит фрезу с затылованными зубьями, угол заточки режущей кромки которых составляет величину близкую или равную 90°, обеспечивается принцип прорезывания щели (т.е. при образовании щели происходит снятие стружки с тела колонны), а не принцип выдавливания щели, как у прототипа. При прорезывании не нарушается геометрия колонны, размеры щели постоянны и сам процесс перфорации происходит легче и быстрее. В это время как при продавливании (как у прототипа) возникает эффект пружины за счет возникновения остаточных напряжений, в результате чего Due to the fact that the perforator as a cutting tool contains a milling cutter with backed teeth, the angle of sharpening of the cutting edge of which is a value close to or equal to 90 °, the principle of cutting through the gap is ensured (i.e., when a gap is formed, chips are removed from the body of the column), and not principle of squeezing the gap, as in the prototype. When erupting, the column geometry is not disturbed, the dimensions of the slit are constant, and the perforation process is easier and faster. At this time, as during the punching (as in the prototype), a spring effect arises due to the occurrence of residual stresses, as a result of which

размеры щели будут уменьшаться после вывода из нее режущего инструмента. То есть эффект от перфорации будет ниже запланированного. Указанный недостаток и устраняет предлагаемая конструкция перфоратора.the dimensions of the slit will decrease after the cutting tool is withdrawn from it. That is, the effect of perforation will be lower than planned. The specified disadvantage and eliminates the proposed design of the hammer.

Кроме того, благодаря указанным конструктивным особенностям зубьев фрезы («с затылованными зубьями, угол заточки режущей кромки которых составляет величину близкую или равную 90°, а режущая кромка снабжена твердым покрытием»), исключается их выкрашивание при резьбе и обеспечивается надежность и долговечность фрезы.In addition, due to the indicated design features of the cutter teeth (“with backed teeth, the angle of sharpening of the cutting edge of which is close to or equal to 90 °, and the cutting edge is provided with a hard coating”), their chipping during threading is excluded and the reliability and durability of the cutter are ensured.

Благодаря тому, что заявленный перфоратор снабжен двумя одинарными отклоняющими клиньями, клиновидная поверхность которых служит направляющими для коромысла, к концам которого прикреплены фрезы, при работе обеспечивается гарантированное плавное выдвижение фрез, что исключает поломки и повышает надежность работы перфоратора в целом.Due to the fact that the claimed perforator is equipped with two single deflecting wedges, the wedge-shaped surface of which serves as guides for the rocker arm, to the ends of which the cutters are attached, guaranteed smooth extension of the cutters during operation, which eliminates breakage and increases the reliability of the drill as a whole.

Установление отклоняющих клиньев в зеркальной проекции друг к другу служит для обеспечения диаметрального выдвижения фрез.The installation of deflecting wedges in a mirror projection to each other serves to ensure the diametrical extension of the cutters.

Благодаря тому, что отводящие гидроканалы перфоратора сопряжены с гидравлическим центральным каналом поршня-толкателя по плавной образующей без угловых перегибов, исключается потеря мощности струи при гидромониторной промывке.Due to the fact that the outlet hydraulic channels of the perforator are coupled to the hydraulic central channel of the plunger-piston along the smooth generatrix without angular kinks, the jet power loss during jet washing is eliminated.

А выполнение рабочего канала гидромониторной насадки в виде усеченного конуса, плавно переходящего в цилиндрическую часть и выполнение при этом стенки у основания упомянутого конуса с кривизной, обеспечивает усиление энергии струи на выходе из гидромониторной насадки, то есть обеспечивает повышение степени размыва породы при тех же расходах жидкости и электроэнергии, что и у прототипа.And the implementation of the working channel of the hydraulic nozzle in the form of a truncated cone, smoothly turning into a cylindrical part and the execution of the wall at the base of the said cone with curvature, provides increased energy of the jet at the exit of the hydraulic nozzle, that is, provides an increase in the degree of erosion of the rock at the same flow rates and electricity, as in the prototype.

Указанные выше преимущества обеспечивают повышение производительности работы предлагаемого перфоратора и его надежности.The above advantages provide increased productivity of the proposed hammer drill and its reliability.

Заявляемый перфоратор иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид перфоратора; на фиг.2 - фреза в продольном разрезе; на фиг.3 - гидромониторная насадка в продольном разрезе.The inventive punch is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a General view of the punch; figure 2 - mill in longitudinal section; figure 3 - hydraulic nozzle in longitudinal section.

Предлагаемый перфоратор содержит корпус 1, в котором размещен поршень-толкатель 2 с гидравлическим центральным каналом 3 и отводящими гидроканалами 4, оборудованными гидромониторными насадками 5. Причем отводящий гидроканал 4 сопряжен с каналом 3 по плавной образующей без угловых перегибов. Также в корпусе 1 расположены две выдвижные фрезы (режущие инструменты) 6 и 7, обеспечивающие возможность выполнения двух диаметрально расположенных щелей в колонне. Указанные фрезы 6 и 7 установлены на отдельных осях 8 и 9 соответственно и снабжены механизмом выдвижения, состоящим из закрепленного на корпусе 1 с возможностью поворота коромысла 10, в плечах которого установлены оси 8 и 9 фрез 6 и 7, и из двух зеркально установленных друг по отношению к другу по продольной оси одинарных отклоняющих клиньев 11 и 12, клиновидная поверхность 13 и 14 которых служит направляющими для режущего узла, в частности, для коромысла 10. При этом клин 11 взаимодействует с поршнем-толкателем 2 и является клином-поршнем 11, а второй клин 12 является направляющим и выполнен подпружиненным возвратной пружиной 15.The proposed perforator comprises a housing 1, in which a piston-pusher 2 with a hydraulic central channel 3 and outlet hydraulic channels 4, equipped with hydraulic nozzles 5, is located. Moreover, the discharge hydraulic channel 4 is connected to the channel 3 in a smooth generatrix without angular bends. Also in the housing 1 are two retractable cutters (cutting tools) 6 and 7, providing the ability to perform two diametrically located slots in the column. The said milling cutters 6 and 7 are mounted on separate axes 8 and 9, respectively, and are equipped with an extension mechanism consisting of a rocker arm 10 mounted on the housing 1 and rotatable with axles 8 and 9 of the milling cutters 6 and 7 in their shoulders and two mirror-mounted relative to each other along the longitudinal axis of the single deflecting wedges 11 and 12, the wedge-shaped surface 13 and 14 of which serves as guides for the cutting unit, in particular for the rocker arm 10. In this case, the wedge 11 interacts with the piston-pusher 2 and is a wedge-piston 11, and second class n is 12 and the guide is made spring-loaded return spring 15.

Фрезы 6 и 7 выполнены с затылованными зубьями 16 (фиг.2), угол заточки α режущей кромки 17 которых составляет величину близкую или равную 90°. При этом режущая кромка 17 снабжена сверхтвердым покрытием, нанесенным, например, методом борирования.Mills 6 and 7 are made with backed teeth 16 (FIG. 2), the grinding angle α of the cutting edge 17 of which is a value close to or equal to 90 °. In this case, the cutting edge 17 is provided with an ultrahard coating, deposited, for example, by boronation.

Наряду с указанным, предложенный перфоратор содержит гидромониторную насадку 5 определенной конструкции, рабочий канал которой выполнен в виде усеченного конуса 18 (фиг.3), плавно переходящего в цилиндрическую часть 19, а стенки у основания Along with the specified, the proposed perforator contains a hydraulic nozzle 5 of a certain design, the working channel of which is made in the form of a truncated cone 18 (Fig.3), smoothly turning into a cylindrical part 19, and the walls at the base

упомянутого конуса 18, расположенного у входной кромки канала, выполнены с кривизной.said cone 18, located at the input edge of the channel, made with curvature.

Заявляемый перфоратор работает следующим образом.The inventive punch works as follows.

После окончания спуска на колонне труб в скважину перфоратор устанавливается в требуемом месте по длине ствола. Создают давление в гидроцилиндре (в конструкции предлагаемого перфоратора возможно установление последовательно двух гидроцилиндров, в случае необходимости создания повышенного давления), под действием которого поршень-толкатель 2 начинает поступательно перемещаться, воздействуя одновременно на клин-поршень 11, который также опускается вниз. Его клиновидная поверхность 13, являющаяся направляющей для одного плеча коромысла 10, к которому прикреплена фреза 6, начинает выдвижение последней из корпуса 1, при этом коромысло 10 поворачивается, его второе плечо вместе с фрезой 7 движется по направляющей - клиновидной поверхности 14 клина 12, благодаря чему фреза 7 выдвигается из корпуса 1 диаметрально противоположно фрезе 6 до упора с обсадной колонной. Производят прорезывание щели попеременным перемещением перфоратора вверх-вниз на длину щели. После образования щелей в обсадной колонне давление поднимают и реализуется гидромониторный эффект струи, которая при выходе из гидромониторной насадки 5 размывает цементный камень и породу пласта, намывая каверну по всей длине щели. После намыва каверны давление сбрасывается. Поршень-толкатель 2 при этом втягивается в гидроцилиндр, клин-поршень 11 также идет вверх, происходит поворот коромысла 10 и возврат клина 12 (за счет возвратной пружины 15) в исходное положение, благодаря чему фрезы 6 и 7 возвращаются в корпус 1. Далее перфоратор перемещают в продольном направлении на требуемую величину шага вскрытия (шага перфорации) и процесс повторяют сначала.After the descent on the pipe string into the well is completed, the hammer drill is installed in the desired location along the length of the barrel. They create pressure in the hydraulic cylinder (it is possible to install two hydraulic cylinders in series in the design of the proposed hammer drill, if it is necessary to create increased pressure), under the action of which the piston-pusher 2 begins to translate, acting simultaneously on the wedge-piston 11, which also drops down. Its wedge-shaped surface 13, which is a guide for one shoulder of the rocker arm 10, to which the mill 6 is attached, begins to extend the latter from the housing 1, while the rocker 10 rotates, its second shoulder together with the mill 7 moves along the guide - the wedge-shaped surface 14 of the wedge 12, thanks what is the cutter 7 extends from the housing 1 diametrically opposite to the cutter 6 until it stops with the casing. The slot is cut through by alternately moving the hammer up and down the length of the slot. After the formation of cracks in the casing, the pressure is raised and the hydromonitor effect of the jet is realized, which, when leaving the hydromonitor nozzle 5, erodes the cement stone and the formation rock, washing the cavity along the entire length of the gap. After washing the cavity, the pressure is relieved. The piston-pusher 2 is then pulled into the hydraulic cylinder, the wedge-piston 11 also goes up, the rocker arm 10 is rotated and the wedge 12 is returned (due to the return spring 15) to its original position, so that the cutters 6 and 7 return to the housing 1. Next, the punch they are moved in the longitudinal direction by the required value of the opening step (perforation step) and the process is repeated again.

Преимущества предлагаемого перфоратора перед прототипом заключаются в повышении его производительности за счет осуществления The advantages of the proposed punch over the prototype are to increase its productivity due to the implementation

процесса фрезерования (прорезывания) щели и усиления гидромониторного воздействия, а также в повышении надежности за счет гарантированной работы всех взаимосвязанных узлов (особенно режущего узла) и исключения нестабильной пульсирующей работы гидромониторной насадки. Благодаря этому повышается эффективность работы предлагаемого перфоратора в целом.the process of milling (erupting) the slit and enhancing the hydromonitor impact, as well as improving reliability due to the guaranteed operation of all interconnected nodes (especially the cutting node) and eliminating the unstable pulsating operation of the hydraulic nozzle. This increases the efficiency of the proposed punch as a whole.

Источники информации:Information sources:

1. Патент РФ №2249678, кл Е 21 В 43/112, опубл. 2005 г.1. RF patent No. 2249678, class E 21 B 43/112, publ. 2005 year

2. Патент РФ №2247226, кл Е 21 В 43/112, опубл. 2005 г.2. RF patent №2247226, CL E 21 B 43/112, publ. 2005 year

Claims

Hydro-mechanical slotted rotary hammer, comprising a housing, a pusher-piston placed in it with a hydraulic central channel, two retractable cutting tools that make it possible to make two diametrically located slots in the column, each of which is mounted on a separate axis and equipped with an extension mechanism, including mounted on the central axis with the possibility of rotation of the rocker arm, in the shoulders of which the aforementioned axes of cutting tools are installed, and interacting with the pushing piston we have a wedge, characterized in that the perforator is equipped with two single deflecting wedges, the wedge-shaped surface of which serves as guides for the rocker arm, in the shoulders of which the axes of the cutting tools are installed, while one of the mentioned wedges interacts with the pusher-piston and is the wedge-piston, and the second installed autonomously, made spring-loaded and mirrored mounted below the first wedge, as a cutting tool, the punch contains a milling cutter with backed teeth, the angle of which the cutting edge is sharpened it is close to or equal to 90 °, and the cutting edge is provided with a hard coating, while the hydraulic central channel of the piston-pusher is equipped with two outlet hydraulic channels coupled to the indicated central channel along the smooth generatrix without angular kinks, and the said outlet hydraulic channels are provided in turn with hydraulic monitor nozzles the working channel of which is made in the form of a truncated cone, smoothly turning into a cylindrical part, and the walls at the base of the specified cone located at the input edge anal, formed with a curvature.