УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОПЕСКОСТРУЙНОЙ ПЕРФОРАЦИИ СКВАЖИНЫ Российский патент 1995 года по МПК E21B43/114 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к строительству, эксплуатации и капитальному ремонту скважин, а именно к устройствам для вскрытия пластов.

Известно устройство для гидропескоструйной перфорации скважины, включающее cекционный корпус с насадками, подвеску корпуса в виде насосно-компрессорных труб, цилиндрические расточки в корпусе, повторяющие конфигурацию двухступенчатого поршня, камеру, гидравлически связанную посредством отверстия с полостью скважины, и размещенное ниже насадок седло под шар.

Недостатком известного устройства является то, что оно не предусматривает крепления на обсадной колонне и механизма гашения продольных вибраций насосно-компрессорных труб (НКТ). Поскольку это устройство при перфорации подвержено продольным и поперечным вибрациям в обсадной колонне образуется не точечный, а щелевой или скорее эллептический канал, на образование которого требуется больше времени.

Наиболее близким является устройство для гидропескоструйной перфорации скважины, включающее корпус с радиальными отверстиями, насадками и выдвижными плашками с уплотнениями, выполненными в виде поршней и помещенных в радиальных отверстиях, подвеску корпуса в виде насосно-компрессорных труб, двухступенчатый поршень с осевым каналом, подпружиненный относительно корпуса, шток с уплотнениями, связанный с насосно-компрессорными трубами и двухступенчатым поршнем, и седло, размещенное ниже насадок и выполненное с осевым каналом, проходное сечение которого меньше проходного сечения осевого канала двухступенчатого поршня.

Недостатком этого устройства является сложность конструкции и связанная с этим невысокая надежность работы. Поскольку устройство работает в абразивной среде возможно постепенное накопление абразива в демпферной камере и в верхней цилиндрической расточке под двухступенчатый поршень. В результате осевые перемещения штока будут ограничены, а значит уменьшена степень гашения продольных вибраций. На снижение величины осевых перемещений штока относительно корпуса существенное влияние оказывают три уровня уплотнений (в верхнем механизме герметизации штока и два в двухступенчатом поршне), работающих в абразивной среде, что увеличивает трение. Выдвижные плашки с насадками не обеспечивают надежного крепления устройства на обсадной колонне в начальный момент гидравлической резки именно обсадной колонны, так как на плашки с насадками внутри действует не только перепад давления, создаваемый насосами цементировочных агрегатов, что заставляет выдвинуться, но и реактивные силы истечения струй из насадков и силы отраженного потока жидкости от обсадной колонны, которые вместе стремятся задвинуть плашки в корпус. Лишь после образования щелевого канала в обсадной колонне возможно полное прижатие плашек к обсадной колонне и выполнение ими основных функций по фиксированию устройства относительно обсадной колонны. При подъеме устройства после перфорации жидкость, находящаяся в НКТ, будет через насадки перетекать в скважину, но эта скорость перетока, исходя из практики, все же недостаточна. Поэтому при отвороте очередной трубы будет перелив на устье, что ухудшает условия работы обслуживающего персонала. Ввиду того, что при подъеме уровень жидкости в НКТ выше, чем в скважине, плашки будут выдвинуты и скоблить об обсадную колонну, а поскольку в муфтовом соединении обсадных труб имеются торцевые уступы, возможны рывки при подъеме и поломка плашек.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для гидропескоструйной перфорации скважины корпус выполнен в виде верхней, средней и нижней секций, первая из которых выполнена в торцевой части с кольцевой проточкой, заполненной смазкой и имеет шток, подпружиненный относительно двухступенчатого поршня, а насадки и двухступенчатый поршень помещены в средней секции, которая между насадками и двухступенчатым поршнем выполнена с боковыми отверстиями с возможностью их перекрытия в крайнем нижнем положении двухступенчатого поршня, при этом седло помещено в нижней секции и выполнено в виде двухступенчатой втулки, подпружиненной относительно корпуса, имеющей уплотнительные кольца и верхний ограничитель и образующей с корпусом кольцевую полость, которая заполнена маслом и гидравлически связана с надпоршневым пространством плашек, подружиненных относительно корпуса.

Технический результат выражается в уменьшении сопротивлений трения при осевых перемещениях штока, улучшении рабочей среды плашек и создании благоприятных условий принятия исходного транспортного положения, повышении эффективности гашения продольных и поперечных перемещений корпуса, создании условий для самопроизвольного опорожнения насосно-компрессорных труб от перфорационной жидкости после перфорации, ускорении создания точечного перфорационного канала.

На фиг. 1 изображено устройство для гидропескоструйной перфорации скважины в исходном положении; на фиг. 2 устройство в процессе перфорации.

Устройство для гидропескоструйной перфорации скважины состоит из корпуса, выполненного в виде верхней 1, средней 2 и нижней 3 секций, соединенных между собой резьбами 4. Герметичность обеспечивается уплотнительными кольцами 5. В верхнюю секцию 1 концентрично установлен шток 6 в виде отрезка трубы. В торцевой части 7 секции 1 выполнены кольцевые протоки под уплотнительные кольца 8 и дополнительная 9, заполненная смазкой 10, которая шприцуется через отверстия 11, куда в последующем вворачиваются пробки 12. Шток 6 сверху соединен с муфтой 13 и далее связан с подвеской корпуса в виде НКТ (не показаны), а снизу имеет торцевой ограничитель 14. В средней секции 2 выфрезерованы пазы 15 и нарезаны конические резьбы 16 под чехлы 17 твердосплавных насадок 18, удерживаемых в чехлах 17 разрезными пружинными кольцами 19. Выше насадок 18 в секции 2 концентрично установлен двухступенчатый поршень 20, под который в секции 2 выполнены соответствующие цилиндрические расточки 21 и 22. В камере 23 между двухступенчатым поршнем 20 и цилиндрической расточкой 21 помещена возвратная пружина 24, а в месте перехода цилиндрических расточек 21 и 22 в секции 2 выполнено дренажное отверстие 25. Кроме того, между двухступенчатым поршнем 20 при его крайнем верхнем положении и гидравлическими насадками 18 дополнительно выполнены против цилиндрической расточки 22 боковые отверстия 26, которые при крайнем нижнем положении двухступенчатого поршня 20 должны перекрываться. Для обеспечения герметичности двухступенчатый поршень 20 имеет два уровня уплотнений 27 и 28. Между торцевым ограничителем 14 штока 6 и двухступенчатым поршнем 20 размещена пружина 29. Двухступенчатый поршень 20 имеет осевой канал 30 для прохода жидкости к насадкам 18 и шара 31 к нижней секции 3. Нижняя секция 3 снабжена двухступенчатой втулкой 32, сверху у которой выполнено седло 33 под шар 31, перекрывающий в рабочем положении осевой канал 34, и два уровня кольцевых проточек под уплотнительные кольца 35 и 36. Под двухступенчатую втулку 32 в нижней секции 3 выполнено три цилиндрические расточки 37, 38 и 39. При этом между втулкой 32 и верхней расточкой 37 размещена возвратная пружина 40, против промежуточной расточки 38 выполнены радиальные отверстия 41 под плашки 42, выполненные в виде поршней, с пружинами 43 и уплотнительными кольцами 44, а также отверстие 45, через которое в кольцевую полость 46 между двухступенчатой втулкой 32 и верхней 37 с промежуточной 38 цилиндрическими расточками секции 3, гидравлически связанную с надпоршневым пространством плашек 42, заливается масло 47. Отверстие 45 затем перекрывается пробкой 48. Для предупреждения разгерметизации кольцевой полости 46 при выпадении двухступенчатой втулки 32 в процессе транспоp- тировки последняя снабжена верхним ограничителем 49 из ввертышей. Секции 1, 2 и 3 собираются в отдельности, а для облегчения окончательного соединения в каждой выполнены отверстия 50 под палец.

Устройство для гидропескоструйной перфорации скважины работает следующим образом.

Положение элементов устройста в сборе показано на фиг. 1. В таком виде устройство на НКТ спускают в скважину. Скважинная жидкость через осевой канал 34 в двухступенчатой втулке 32 и отверстия в насадках 18 поступает внутрь устройства и заполняет НКТ. После спуска устройства этот же канал 34 осуществляется промывка забоя. Затем в трубное пространство бросают шар 31 и после его насадки на седло 33 начинают закачку перфорационной жидкости, которая подается к насадкам 18. Под действием перепада давления на кольцевую поверхность сверху и потерь давления скоростного потока в отверстии 30 двухступенчатого поршня 20 последний сжимает пружину 24 и опускается вниз, при этом из камеры 23 через дренажное отверстие 25 вытесняется жидкость, а нижним концом двухступенчатого поршня 20 перекрываются боковые отверстия 26. Одновременно также опускается вниз и двухступенчатая втулка 32, что способствует выдавливанию маслом 47 плашек 42 из полости 46 и прижатию их к перфорируемой обсадной колонне. После непродолжительного периода, идущего на срабатывание двухступенчатого поршня 20 и втулки 32 насосными агрегатами повышают производительность до необходимого рабочего режима. При этом шток 6, сжимая пружину 29, под действием пульсации давления перемещается вниз-вверх. Смазка 10 существенно снижает трение штока 6 о секцию 1 поэтому предупреждается его заклинка и передача его перемещений корпусу устройства. Кроме того, дополнительное усилие сжатой пружины 29 на двухступенчатый поршень 20 предупреждает приоткрытие боковых отверстий 26 в процессе пульсации давления (фиг. 2).

После окончания процесса перфорации давление сбрасывают. При этом колонна насосно-компрессорных труб сокращается и тянет за собой шток 6. Этого времени поднятия до торцевого ограничителя 14 достаточно, чтобы двухступенчатая втулка 32 немного приподнялась и ослабила давление на плашки 42 и не произошло резкого срыва устройства вверх. Также возвратная пружина 24 приподнимает двухступенчатый поршень 20, через дренажное отверстие 25 жидкость поступает в камеру 23 и открываются боковые отверстия 26. Происходит ускоренное выравнивание давления в трубном и затрубном пространствах НКТ. Двухступенчатая втулка 32 полностью поднимается до ограничителя 49 и втягивает в полость 46 плашки 42, возвращение которых в исходное положение также ускоряется пружинами 43. Устройство для проведения очередной резки приподнимается вверх или опускается вниз, и процесс повторяется.

Закончив гидроперфорацию всего интервала, устройство поднимают на поверхность. При этом положение элементов устройства такое же как изображено на фиг. 1 только с наличием шара 31 на седле 33 двухступенчатой втулки 32. Перфорационная жидкость через насадки 18 и боковые отверстия 26 перетекает из НКТ в скважину. Ускоренный переток жидкости предупреждает ее перелив при отвороте очередной трубы.

Преимущества предложенного устройства для проведения гидропескоструйной перфорации скважины заключаются в расширении технологических возможностей устройства, в частности создании дополнительного перетока перфорационной жидкости из затрубного пространства в трубное и наоборот, что ускоряет срабатывание механизмов устройства и смягчает ударные нагрузки, а также способствует ускорению технологической операции по подъему НКТ и улучшает условия работы обслуживающего персонала. Кроме того, обеспечивается надежное крепление устройства на обсадной колонне как за счет гарантированного прижатия плашек к обсадной колонне, работающих в масленой среде и тем самым огражденных от абразива перфорационной жидкости, так и гашения продольных вибраций НКТ при пульсации давления, путем предупреждения заклинок и уменьшения величины трения штока о корпус, а это в свою очередь способствует ускорению создания точечного перфорационного отверстия и повышению долговечности устройства.

Использование: при вторичном вскрытии пластов в процессе освоения скважин, для сообщения колонного и заколонного пространств скважины при исправлении некачественного цементирования и ремонтных работах. Обеспечивает расширение технологических возможностей, в частности опорожнение насосно-компрессорных труб (НКТ) от скважинной жидкости в процессе подъема устройства, а также повышение долговечности и надежности работы устройства при фиксации корпуса относительно перфорируемой обсадной колонны, что в свою очередь ускоряет формирование точечного перфорационного канала. Сущность изобретения: устройство состоит из верхней, средней и нижней секций. В верхней секции установлен шток, который в торцевой части уплотняется кольцами и смазывается в дополнительной кольцевой проточке. Шток сверху соединен с НКТ, а снизу снабжен торцевым ограничителем. В средней секции установлены насадки для проведения гидравлической перфорации. Выше последних размещен подпружиненный двухступенчатый поршень. В средней секции выполнены боковые отверстия с возможностью их перекрытия при крайнем нижнем положении двухступенчатого поршня. Двухступенчатый поршень и шток контактируют посредством пружины. В нижней секции установлена подпружиненная двухступенчатая втулка с седлом под шар. Кольцевая полость между ними заполнена маслом. Радиальные отверстия под подпружиненные плашки выполнены против промежуточной расточки. В результате кольцевая полость гидравлически связана с надпоршневым пространством плашек. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОПЕСКОСТРУЙНОЙ ПЕРФОРАЦИИ СКВАЖИНЫ, включающее корпус с радиальными отверстиями, насадками и выдвижными плашками с уплотнениями, выполненными в виде поршней и помещенными в радиальных отверстиях, подвеску корпуса в виде насосно-компрессорных труб, двухступенчатый поршень с осевым каналом, подпружиненный относительно корпуса, шток с уплотнениями, связанный с насосно-компрессорными трубами и двухступенчатым поршнем, и седло, размещенное ниже насадок и выполненное с осевым каналом, проходное сечение которого меньше проходного сечения осевого канала двухступенчатого поршня, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде верхней, средней и нижней секций, первая из которых выполнена в торцевой части с кольцевой проточкой, заполненной смазкой, и имеет шток, подпружиненный относительно двухступенчатого поршня, а насадки и двухступенчатый поршень помещены в средней секции, которая между насадками и двухступенчатым поршнем выполнена с боковыми отверстиями с возможностью их перекрытия в крайнем нижнем положении двухступенчатого поршня, при этом седло помещено в нижней секции и выполнено в виде двухступенчатой втулки, подпружиненной относительно корпуса, имеющей уплотнительные кольца и верхний ограничитель и образующей с корпусом кольцевую полость, которая заполнена маслом и гидравлически связана с надпоршневым пространством плашек, подпружиненных относительно корпуса.