Режущий инструмент для гидромеханических скважинных перфораторов

 

Полезная модель относится к оборудованию нефтяных и газовых промыслов и может быть использована для создания перфорационных щелей в обсадных трубах, цементном камне и горной породе. Технической задачей полезной модели является повышение стойкости режущего инструмента. Предлагаемый накатный ролик, в отличие от известного, содержит на поверхности диффузионное никель-медное покрытие. Покрытие получают путем диффузионного насыщения в расплаве эвтектики свинец-литий с добавкой меди и никеля. Снижение хрупкости накатного ролика за счет нанесения никель-медного покрытия позволяет увеличить твердость металла основы до 56...61 НRСэ . Более прочная и твердая основа в свою очередь позволяет уменьшить угол заострения режущей кромки до 60...75°. Для большего раскрытия перфорационной щели в обсадной трубе рабочая часть накатного ролика выполнена состоящей из режущей и формирующей частей, которые имеют разные углы заострения. Режущая часть с углом заострения 60...70°, образующим режущую кромку, обеспечивает разрезание металла обсадной трубы, а следующая за ней формирующая часть с углом 40° обеспечивает раскрытие перфорационной щели. Техническим результатом является повышение прочности, снижение хрупкости металла инструмента и снижение усилия резания при перфорации щелей в обсадных трубах. 1з.п. ф-лы.

Полезная модель относится к оборудованию нефтяных и газовых промыслов и может быть использована для создания перфорационных щелей в обсадных трубах, цементном камне и горной породе.

Известно устройство для перфорации обсадных труб по авторскому свидетельству СССР №947398, Е21В 43/144, где режущий выдвижной инструмент изготовлен в виде режущей фрезы.

Недостатком устройства является быстрое изнашивание фрезы (выкрашивание зубьев): фреза, дойдя до цементного камня в затрубном пространстве, не режет цемент, зубья фрезы выкрашиваются. Кроме того, изготовление фрезы (вырезание профиля зуба и его заточка) сложная, трудоемкая и дорогостоящая операция.

Известен также гидромеханический скважинный перфоратор по патенту России №2182221, Е21В 43/144, содержащий выдвижной режущий инструмент в виде накатного ролика. Накатной ролик выполняется из инструментальной стали и имеет профиль с углом заострения режущей кромки 90°. Твердость ролика составляет 48...52 HRСэ.

Недостатком является низкая надежность и эффективность накатного ролика. Инструментальные стали в средах нефтяных скважин склонны к охрупчиванию и коррозионному растрескиванию. Это не позволяет повышать твердость ролика выше 48...52 НRСэ. Накатной ролик работает при значительной нагрузке, поэтому для обеспечения необходимой прочности режущей кромки при твердости 48...52 НRС э угол ее заострения должен быть не менее 90°. Это затрудняет внедрение режущей кромки ролика в металл трубы. В результате для образования щели в обсадной трубе и в затрубном пространстве таким роликом необходимо

сделать много накаток (движений вверх, вниз), что приводит к быстрому смятию и выкрашиванию режущей кромки ролика.

Наиболее близким по достигаемому положительному эффекту является гидромеханический скважинный перфоратор (патент ПМ №30159 РФ, МПК 7Е21В 43/11), содержащий накатной ролик, на режущей кромке которого выполнены радиальные канавки, расположенные по окружности. Канавки на режущей кромке ролика создают ее переменный профиль, что обеспечивает переменное удельное давление на разрушаемый материал. В результате металл обсадной трубы разрушается более интенсивно.

Недостатком является коррозионное растрескивание накатного ролика под действием коррозионной среды и переменного удельного давления, приводящее к его разрушению. Склонность металла ролика к охрупчиванию не позволяет повышать его твердость более 48...52 НRC э, при этом угол заострения режущей кромки из соображений прочности должен быть не менее 90°.

Технической задачей полезной модели является повышение стойкости накатного ролика за счет нанесения на его поверхность диффузионного никель-медного покрытия.

Техническим результатом является повышение прочности, снижение хрупкости металла инструмента и снижение усилия резания при перфорации щелей в обсадных трубах.

Поставленная задача решается предлагаемым накатным роликом, который, в отличие от известного, содержит на поверхности диффузионное никель-медное покрытие, полученное путем диффузионного насыщения в расплаве эвтектики свинец-литий с добавкой меди и никеля. Расплав эвтектики свинец-литий содержит по массе 5...12% меди и 2...4% никеля. Температура диффузионного насыщения составляет 1000...1200°С.

Полученное никель-медное покрытие обладает вязкостью, способностью упрочняться под действием удельного давления и коррозионной стойкостью, что препятствует коррозионному расстрескиванию и выкрашиванию режущей кромки накатного ролика и его хрупкому разрушению при перфорации щелей в обсадных трубах, цементном камне и горной породе.

Снижение хрупкости накатного ролика за счет нанесения никель-медного покрытия позволяет увеличить твердость металла основы до 56...61 HRCэ. Более прочная и твердая основа в свою очередь позволяет уменьшить угол заострения режущей кромки до 60...75°.

Для большего раскрытия перфорационной щели в обсадной трубе рабочая часть накатного ролика выполнена состоящей из режущей и формирующей частей, которые имеют разные углы заострения. Режущая часть с углом заострения 60...75°, образующим режущую кромку, обеспечивает разрезание металла обсадной трубы, а следующая за ней формирующая часть с углом 35...45° обеспечивает раскрытие перфорационной щели.

Острый угол режущей кромки способствует интенсивному внедрению накатного ролика в металл обсадной трубы и снижению усилия резания.

Пример. На фиг.1 представлен накатной ролик, состоящий из режущей части 1, формирующей части 2 и ступицы 3. Угол заострения режущей части ролика составляет 70°, а угол заострения формирующей части 40°. На поверхность накатного ролика с целью повышения коррозионной стойкости и снижения хрупкости наносят диффузионное покрытие.

Процесс производят в ванне с расплавом эвтектики свинец-литий содержащим по массе 5...12% меди и 2...4% никеля. Температура расплава

составляет 1020°С. Накатной ролик, выполненный из стали Х12МФ, диаметром 114 мм и толщиной 16 мм на оправке погружают в расплав и выдерживают в изотермических условиях при 1020°С в течение 2 ч. После выдержки накатной ролик извлекают из ванны, подвергают закалке в инертных газах и отпуску при 250°С. В результате предложенной обработки на поверхности накатного ролика получают беспористое никель-медное покрытие толщиной 30...40 мкм при твердости основы 56...61 НRC э.

Наличие никель-медного покрытия на поверхности ролика обеспечивает его защиту от коррозионного растрескивания. Основа с твердостью 56...61 НRCэ препятствует смятию режущей кромки. В результате стойкость ролика возрастает в 2...3 раза. Угол заострения режущей кромки ролика составляющий 70° обеспечивает интенсивное внедрение накатного ролика в металл обсадной трубы, что позволяет повысить производительность процесса перфорации в 1,5...2 раза.

1. Режущий инструмент для гидромеханических скважинных перфораторов, выполненный в виде накатного ролика, отличающийся тем, что его рабочая часть состоит из режущей и формирующей частей, имеющих углы заострения соответственно 60...75° и 35...45°, а его поверхность содержит никель-медное диффузионное покрытие.

2. Режущий инструмент по п.1, отличающийся тем, что диффузионное покрытие получено в расплаве эвтектики свинец-литий, содержащем по массе 5...12% меди и 2...4% никеля, при температуре диффузионного насыщения 1000...1200°С.

3. Режущий инструмент по п.1, отличающийся тем, что твердость его основы составляет 56...61 HRCэ.



 

Похожие патенты:

Устройство относится к области нефтегазодобычи, а именно, к технике перфорации труб при вторичном вскрытии нефтяных и газовых скважин. Обеспечивает повышение производительности и рабочего ресурса, снижение затрат на производство работ, обеспечение безопасности процесса.
Наверх