УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРФОРАЦИИ СКВАЖИН Российский патент 1996 года по МПК E21B43/117 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к устройствам для перфорации обсадных труб в скважине, а также к оборудованию для вскрытия продуктивных пластов.

Для перфорации различных скважин широко применяют в основном стреляющие перфораторы, которые по принципу действия подразделяются на пулевые и кумулятивные. Пулевые перфораторы /1/ применимы в основном на глинистых породах, поскольку перфорация скважин сопровождается большим трещинообразованием в породе. Также ограничена применимость пулевых перфораторов для работ на больших глубинах /2/. Основным недостатком кумулятивных перфораторов являются значительные повреждения труб и цементного кольца, что существенно осложняет последующую эксплуатацию скважины.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является гидропескоструйный перфоратор, работа которого основана на разрушающем воздействии высокоскоростной струи жидкости, содержащей абразивный материал, например кварцевый песок.

Устройство содержит источник рабочего тела в виде взвеси песка в воде, корпус и сопловой блок, расположенный на боковой поверхности корпуса. Устройство спускается в скважину, а затем взвесь песка с водой, имеющая высокую скорость истечения через насосно-компрессорные трубы и сопла направляется на стенку скважины, промывая в ней, цементном кольце и породе каналы. При использовании гидропескоструйных перфораторов достигаются лучшие результаты по сравнению с известными, однако такой метод перфорации применяется мало ввиду высокой стоимости работ, низкой производительности, ограничения по глубинам, аварийности и громоздкости оборудования.

Для работы гидропескоструйных перфораторов необходимо громоздкое наземное оборудование для получения в достаточном количестве взвеси с давлением истечения свыше 100 МПа, надежные уплотнители, специальная запорная арматура, магистрали. Кроме того, рабочие кромки в соплах подвержены интенсивному износу, что требует для их изготовления специальных дорогостоящих материалов.

Задачей изобретения является создание автономного устройства, позволяющего повысить эффективность перфорации, заключающуюся в повышении производительности при снижении себестоимости и трудоемкости.

В предлагаемом изобретении источник рабочего тела размещен внутри корпуса и выполнен в виде набора зарядов твердого топлива, содержащих различные абразивные частицы.

Размещение источника рабочего тела внутри корпуса обеспечивает автономную работу устройства, а выполнение его в виде набора зарядов твердого топлива с различными абразивными частицами, вызывающими наибольшее разрушительное воздействие на определенный тип материала, способствует повышению эффективности перфорации скважин, поскольку в целом процесс состоит из последовательных стадий: пробивка металлической стенки обсадной трубы, затрубного цементного камня и породы.

Для осуществления перфорации металлической стенки обсадной трубы важное значение имеет высокотемпературный нагрев, а при пробивки затрубного цементного кольца и породы определяющим фактором воздействия является эрозионное разрушение.

Для предотвращения возникновения усилий и моментов, заклинивающих устройство в стволе скважины при его работе количество сопел в одном сечении должно составлять 3 и более штук. Кроме того, для осуществления щелевой перфорации вдоль скважинного ствола возможно расположение сопел по образующей боковой поверхности корпуса.

С целью обеспечения надежной и продолжительной работы устройства была проведена отработка геометрического профиля сопла. При этом установлено, что углы полураствора входной (β) и выходной части сопла (α) должны находиться в пределах
50^о < β< 60^о
3^о < α< 6^о
При значениях угла полураствора входной части сопла β> 60^о наблюдается значительное эрозионное разрушение стенок сопла. Уменьшение угла полураствора входной части сопла β < 50^о приводит к необходимости увеличения размеров соплового блока, что является невозможным ввиду ограничения размеров скважины. Выходная часть сопла играет существенную роль в формировании режущей способности струи. Установлено, что при значениях угла полураствора выходной части сопла α < 3^о обнаруживается разгар рабочих кромок сопла. При значениях α > 6^о происходит существенное снижение энергетической эффективности гетерогенной струи ввиду ее значительного расширения, что и вызывает ослабление газодинамического и эрозионного воздействия.

Устройство позволяет проводить перфорацию с высокой скоростью, в несколько раз быстрее пескоструйного перфоратора без запирания пор продуктивного пласта, а наоборот, способствуя повышению проницаемости прискважинной зоны пласта, поскольку процесс основан на газодинамическом, термохимическом и эрозионном воздействии высокотемпературной гетерогенной струи на преграду.

Стендовые испытания, проведенные на образцах, моделирующих обсадную колонну, затрубный цементный камень и породу при атмосферном давлении и в условиях высокого давления, соответствующего глубине погружения до 2000 м, подтвердила пробивную (режущую) способность устройства.

На фиг.1 представлена общая схема конструкции устройства; на фиг.2 углы выходной и входной части сопла.

Устройство представляет собой цилиндрический корпус 1 с полукруглым торцом, содержащий источник рабочего тела 2, выполненный в виде набора зарядов твердого топлива, содержащих различные абразивные частицы и сопловой блок 3. Форма заряда может быть различной (канальной или цилиндрической) в зависимости от условий работы устройства. Воспламенитель 4 состоит из дымного пороха и стандартного электрокапсюльного воспламенителя.

Разрывная мембрана 5 предусмотрена для сброса избыточного давления. Центрирование устройства в скважине при подъемно-спусковых работах обеспечивают металлические обручи 6. Цифрами 7, 8, 9 обозначены металлическая стенка обсадной трубы и затрубный цементный камень и порода соответственно.

Устройство работает следующим образом. При помощи воспламенителя 4 поджигается заряд твердого топлива 2, продукты горения которого, образующие высокотемпературный поток газа с абразивными частицами, поступают в сопловой блок 3, а затем через отдельные сопла под давлением истекают наружу и попадают на стенку обсадной трубы. В результате такого воздействия происходит процесс теплоэрозионного разрушения стенки обсадной трубы и затрубного камня.

К сказанному следует добавить, что высокая энергоемкость, технологичность процесса, автономность, малые габариты и низкая себестоимость позволяют составлять гирлянды из нескольких перфораторов и проводить одновременно перфорацию скважинного ствола на различных уровнях.

Использование: при перфорации обсадных труб в скважине, обеспечивает повышение эффективности перфорации. Сущность изобретения: устройство включает источник рабочего тела и корпус. Внутри корпуса помещен сопловой блок. Источник рабочего тела выполнен в виде набора зарядов твердого топлива с различными абразивными частицами и помещен внутри корпуса. Сопла соплового блока расположены по образующей боковой поверхности соплового блока в количестве не менее трех в одном горизонтальном сечении. Углы полураствора входной β и выходной части сопла a находятся в пределах 50^°<β<60^°, 3^°<α<6^°, 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРФОРАЦИИ СКВАЖИН, включающее источник рабочего тока, корпус и сопловый блок, отличающееся тем, что источник рабочего тела выполнен в виде набора зарядов твердого топлива с различными абразивными частицами и размещен внутри корпуса, а сопла соплового блока расположены на образующей боковой поверхности соплового блока в количестве не менее трех в одном горизонтальном сечении, причем углы полураствора входной α и выходной b частей сопла находятся в пределах 50^°< β < 60^°, 3^°< α < 6^°.