Изобретение относится к горной промышленности, а именно к нефтегазодобывающей отрасти.Устройство (рис. 1…13) предназначено для спуска в скважину 1 средства гидроразрыва 2 и осуществления гидроразрыва пластов для интенсификации добычи нефти.
Устройство (рис. 1) содержит наземную и скважинную аппаратуру. Наземная аппаратура включает пульт управления 3, компьютер 4 с монитором 5, к которым подключен источник питания 6. С пультом управления 3 соединен геофизический кабель 7, намотанный на катушку 8. С геофизическим кабелем 7 или катушкой 8 контактирует ролик 9 устройства для измерения длины кабеля 10.

Скважинная аппаратура содержит средство гидроразрыва 2 и средство доставки 11, установленное в закрытом герметичном корпусе 12. Устройство имеет на одном из торцов кабельный наконечник 13, к которому подключен геофизический кабель 7. Между пиротехническим средством 2 и средством доставки 11 выполнен стыковочный узел 14 для герметичного механического и электрического соединения средства гидроразрыва 2 со средством доставки 11.
Средство доставки 11 содержит привод 15 (преимущественно это может быть электрический двигатель) и гидравлический движитель 16 в виде одного или двух гребных винтов 17 и 18. Схема с двумя гребными винтами 17 и 18 имеет преимущество по сравнению со схемой, имеющей один гребной винт, т. к. отсутствует реактивный момент, приводящий к вращению средства доставки 11 и к скручиванию геофизического кабеля 7. Винты 17 и 18 могут быть установлены или в одной плоскости, или соосно.

Герметичный закрытый корпус 12 установлен на ребрах 19 внутри кожуха 20 с образованием кольцевого зазора «В». Кожух 20 выполнен открытым с обеих торцов и содержит перед гребными винтами 17 и 18 коническую входную часть 21 с отверстиями «Г». Входной торец конической части 21 и отверстия «Г» закрыты фильтрами 22 для предотвращения попадания на гребные винты 17 и 18 посторонних частиц крупных размеров, что может привести к заклиниванию. Между гребными винтами 17 и 18 и приводом 15 установлен механизм преобразования 23 для преобразования вращения одного вала привода 15 во вращение двух валов 24 и 25. Внутри герметичного закрытого корпуса 12 установлен высоковольтный генератор 26.
Средство гидроразрыва 2 (рис. 2 и 11) содержит герметичный цилиндрический корпус 27, в котором радиально установлены в изоляторах 28 электроды 29, к которым подведены провода 30 от стыковочного узла 14, к которому, в свою очередь подведены высоковольтные провода 31 от генератора высокого напряжения 26, соединенного с приводом 15.
Стыковочный узел 14 размещен между средством доставки 11 и средством гидроразрыва 2 (рис. 3 и 4). Стыковочный узел 14 может содержать две стыкуемые части 32 и 33 и обеспечивает передачу электроэнергии и поворот на 5…10 градусов для прохождения участка скважины с радиусной кривизной. Первая стыкуемая часть 32 закреплена торце конического участка 21, вторая стыкуемая часть 33 закреплена на торце герметичного цилиндрического корпуса 27 средства гидроразрыва 2 в случае, если средство гидроразрыва расположено перед средством доставки 11 (рис. 2, 4).

Возможны несколько вариантов исполнения средства доставки 11.
На рис. 2 и 4 приведен вариант установки средства доставки 11 после средства 2 гидроразрыва 2 (по направлению движения в скважину), т. е. средство доставки 11 выполнено с толкающими гребными винтами 17 и 18. Два гребных винта 17 и 18 установлены в кожухе 20 и имеют возможность вращения в противоположные стороны за счет применения механизма преобразования 23. В качестве механизма преобразования 23 можно использовать редуктор или мультипликатор.
Средство гидроразрыва 2 (фиг. 3 – 5 и 11) может быть установлено после средства доставки 11 (по направлению движения к забою). В этом случае кабельный наконечник 13 выполнен на торце цилиндрического корпуса 27 средства гидроразрыва 2. Средство гидроразрыва 2 имеет цилиндрический корпус 27, в котором на изоляторах 28 установлены электроды 29 и 30, к которым подведены высоковольтные провода 31 (фиг. 11). Стыковка осуществляется стыковочными частями 32 и 33.
Механизм преобразования 23 (рис. 6 — 7) содержит, установленную на ведущем валу 34 ведущую шестерню 35. В зацеплении с ведущей шестерней 35 находится первая промежуточная шестерня 36, установленная на первом ведомом валу 24. Вторая промежуточная шестерня 37 установлена на этом же валу и находится в зацеплении с ведомой шестерней 38, установленной на валу 25. Это обеспечивает противоположное вращение гребных винтов 17 и 18 и предотвращает вращение кожуха 21 и закручивание геофизического кабеля 7.

Второй вариант механизма преобразования и гидравлического движителя приведен на рис. 8 и 9. Гребные винты 17 и 18 установлены соосно на ведомых валах 24 и 25, выполненных концентрично, при этом ведомый вал 24 проходит внутри ведомого вала 25. Наиболее предпочтительное исполнение механизма передачи — это применение редуктора или мультипликатора в виде эпициклического зубчатого механизма, например, дифференциального планетарного редуктора. В этом варианте механизм преобразования 23 содержит (рис. 8), установленное на ведущем валу 34 центральное колесо 39, солнечное колесо 40 и сателлиты 41, установленные на водиле 42.

Высоковольтный генератор 26 (рис. 10) установлен в общем корпусе и содержит защитный корпус 43, ротор 44 Защитный корпус 43 имеет в задней (нижней) части электрический разъем 45 к которому подсоединены внутренние провода 46 от устройства предобразования механической энергии в электрическую 47. Устройство преобразования механической энергии в электрическую 8 содержит пьезоэлектрические пластины 48, и , по меньшей мере, один механизм деформации 49, количество которых соответствует количеству пьезоэлектрических пластин 48 и соединенный через общий вал 50 приводом 15.

Каждый механизм деформации 49 выполнен в виде диска 51, установленного на общем валу 50 и имеющего с обеих сторон, установленные на оси (осях) 52 ролики 53. Ролики 53 установлены на оси 52 с радиальным зазором δ (рис. 12) и перемещаются в пределах этого зозора под действием цетробежных сил Rцб. Между роликами 53 и пьезоэлектрическими пластинами 48 установлена гибкая электроизоляционная прокладка 54 (рис. 10).

Общий вал 50 установлен на подшипниках 55 и 56. Подшипники 55 и 56 уплотнены уплотнениями 57 и 58 или выполнены закрытыми. Все детали высоковольтного генератора 26 установлены в полости 59, которая выполнена герметичной и заполнена инертным газом. Привод 15, высоковольтный генератор 26 и механизм преобразования 23 могут быть оборудованы общим устройством компенсации давления и температурного расширения 60 (рис. 13) или каждый свом. В защитном корпусе 1 выполнены отверстия 61 для высоковольтных проводов 46. Конструкция компенсатора давления и температурного расширения 60 приведена на фиг. 13, он содержит поршень 62, полость 63 под поршнем 62 отверстием 64 соединена с полостью 63, а полость 65 над поршнем 62 соединена отверстием 66 с окружающей средой. Поршень 62 подпружинен пружиной 67.

Работа устройства (рис. 1…13).
В скважину 1 сбрасывают на геофизическом кабеле 7 пиротехническое устройство 2 и устройство доставки 11, соединенные стыковочным узлом 14. Вертикальный участок скважины 1 устройство проходит под действием силы тяжести, при этом геофизический кабель 7 разматывается с катушки 8 и датчик длины кабеля 10 определяет глубину, на которую спущено устройство и передает эту информацию на компьютер 4. По горизонтальному участку скважины или по участку, имеющему уклон меньше, чем 5…7 градусов перемещение устройства без посторонних сил невозможно. Поэтому с пульта управления 3 включают подачу электроэнергии по геофизическому кабелю 7 на привод 15, который раскручивает гребные винты 17 и 18 гидравлического движителя 16. Гребные винты 17 и 18 вращаются в противоположные стороны за счет применения механизма преобразования 23. За счет противоположного вращения гребных винтов 17 и 18 на кожух 20 не действует вращающий момент, и он не вращается, а геофизический кабель 7 не закручивается.
Промывочная жидкость гребными винтами 17 и 18 отбрасывается через кольцевой зазор «В» в сторону, противоположную забою. При этом создается реактивная сила, перемещающая средство доставки 11 вперед, оно в свою очередь, перемешает пиротехническое средство 2. Информация о местонахождении устройства в скважине определяется устройством для измерения длины кабеля 10 и передается по геофизическому кабелю 7 на компьютер 4 и монитор 5. При достижении заданной глубины скважины по сигналу, переданному с пульта управления 3 по геофизическому кабелю 7 далее через кабельный наконечник 13 по высоковольтным проводам 31 на электроды 29 и 30 между которыми проскакивает искра.
Питание высоким напряжением электродов 29 обеспечивается высоковольтным генератором 26. Высоковольтный генератор 26 приводится во вращение приводом 15 через общий вал 50, который начинают вращаться с ротором 44. При вращении общий вал 50 приводит во вращение диски 51 с осями 52 и роликами 53. Ролики 53 оказывают давление на пьезоэлектрические пластины 48 (рис. 12) за счет центробежной силы Rцб и на них возникает высокое электрическое напряжение, которое по внутренним проводам 46 передается на электрический разъем 45 и далее на высоковольтные провода 30 и 31 к электродам 29, между которыми происходит разряд, вызывающий гидроудар в скважине 1 и гидроразразрыв пластов.
Компенсатор давления и температурного расширения 60 (рис. 10 и 13) компенсирует изменение расхода смазывающей жидкости в полости 59 по любым причинам: утечке, изменения давления или температуры.
Управление всеми процессами осуществляется компьютером 4.
Применение предложенного технического решения позволило:
1. Обеспечить доставку средства перфорации пластов в горизонтальный участок скважины на определенную глубину и обеспечение высокого напряжения для электрических разрядов.
2. Обеспечить безопасность обслуживающего персонала за счет применения источника высоко напряжения на значительной глубине в забое и управления им с применением компьютера, имеющего небольшое напряжение на портах.
3. Предотвратить скручивание геофизического кабеля и вращение пиротехнического устройства за счет применения двух гребных винтов, вращающихся в противоположном направлении.

Авторы статьи: Патентный поверенный РФ Болотин Николай Борисович

Варламов С.Е, Дурнева Ю.М.