ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПРОКАЛЫВАНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИН Российский патент 1996 года по МПК E21B43/11 

Изобретение относится к нефтегазодобыче, а более конкретно к инструменту, устанавливаемому в прокалывающем перфораторе, формирующему каналы в колонне и затрубном пространстве для сообщения скважины с пластом.

Известен инструмент для формирования каналов в обсадной колонне и затрубном пространстве в призабойной зоне нефтегазовых скважин, представляющий собой клин, размещенный на гидравлическом поршне или соединенный с ним, см. например [1, 2]
Недостатком известного инструмента является возможность его заклинивания в формируемом отверстии, что приводит к авариям.

Этот недостаток устранен в другом известном инструменте, принятом за прототип. Инструмент включает корпус, помещенный в нем гидравлический поршень и соединенный с ним прокалывающий узел (см. например, патент США N 2797595, 1957).

Угол конусности клиновидного инструмента выполнен в тридцать и более градусов, в связи с чем инструмент нечасто заклинивает.

Тем не менее имеются и недостатки: усилия прокалывания большие, а форма образующихся каналов рваная по краям; вершина инструмента ломается; нет гарантий, что инструмент не заклинит в формируемом канале, так как не известен угол, при котором заклинивания гарантировано не будет; при поломках перфоратора инструмент затруднительно отломать в нужном сечении, чтобы устранить аварию и получить возможность извлечь перфоратор из скважины.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков и создание более работоспособного инструмента.

Это достигается тем, что в известном инструменте для прокалывания обсадной колонны нефтегазовых скважин, включающем корпус, помещенный в нем гидравлический поршень и соединенный с ним прокалывающий узел, прокалывающий узел выполнен в виде многогранника с заостренными ребрами, при этом грани многогранника выполнены с углублениями или элементами упрочнения; прокалывающий узел выполнен притупленным с боковыми ребрами, размещенными по кольцу в сечении или со смещением их относительно оси конической фигуры с образованием односторонней конической фигуры; прокалывающий узел выполнен сборным из отдельных поперечных пластин, установленных на стержне, связанным с гидравлическим поршнем, при этом пластины образуют коническую фигуру с образующей в виде прямой, ломаной или фигурной линии, и углом конусности, превышающим угол трения по стали.

Положительный эффект в предложенном инструменте достигается за счет следующего.

Наличие заостренных ребер создает концентраторы напряжений и способствует уменьшению усилий прокалывания, а также формирует направление разрушения, что обеспечивает улучшение формы образующихся каналов без рванин по их краям.

Выполнение инструмента притупленным или с образованием односторонней конической фигуры способствует упрочнению его вершины и более раннему появлению трещин разрушения на обратной стороне стенки колонны, что также дает снижение усилий прокалывания.

Выполнение инструмента сборным из отдельных пластин позволяет легче разрушить его при поломке перфоратора и невозврате инструмента в исходное положение.

Выполнение образующей инструмента в виде прямой, ломаной или фигурной линии также способствует уменьшению усилий прокалывания по причине уменьшения степени деформации стенки колонны при ее прокалывании.

Выполнение угла конусности инструмента превышающим угол трения по стали гарантированно обеспечивает отсутствие заклинивания инструмента в формируемом канале в стенке колонны.

Предложенный инструмент показан на чертеже, где на фиг. 1 изображен инструмент с прокалывающим узлом в виде многогранника с заостренными ребрами, размещенными по кольцу, и с притупленной вершиной; на фиг. 2 инструмент с прокалывающим узлом с другим вариантом заострения ребер; на фиг. 3 - инструмент с прокалывающим узлом с третьим вариантом заострения вставных ребер; на фиг. 4 инструмент с прокалывающим узлом, вершина которого выполнена в виде многогранника с заостренными краями; на фиг. 5 инструмент с прокалывающим узлом, грани которого выполнены с углублениями; на фиг. 6 - инструмент с прокалывающим узлом, грани которого выполнены с элементами упрочнения; на фиг. 7 инструмент с прокалывающим узлом с другим вариантом притупления его вершины; на фиг. 8 инструмент с прокалывающим узлом с третьим вариантом притупления его вершины; на фиг. 9 инструмент с прокалывающим узлом в виде односторонней конической фигуры; на фиг. 10 - инструмент с прокалывающим узлом, выполненным сборным из отдельных поперечных пластин, установленных на стержне, связанным с гидравлическим поршнем, имеющим прямолинейную образующую; на фиг. 11 инструмент со сборным прокалывающим узлом с фигурной образующей; на фиг. 12 инструмент с вариантом сборного прокалывающего узла; на фиг. 13 инструмент с третьим вариантом сборного прокалывающего узла.

Показанные на чертеже разрезы изображают вид прокалывающего узла в сечениях А-А и Б-Б.

Инструмент содержит вершину 1 (притупление) прокалывающего узла; заостренные ребра 2 прокалывающего узла; грани 3 многогранника прокалывающего узла; гидравлический поршень 4 инструмента; 5 углубления на гранях прокалывающего узла; 6 элементы упрочнения на гранях прокалывающего узла; 7 вариант притупления вершины прокалывающего узла; 8 третий вариант притупления вершины прокалывающего узла; 9 вершина прокалывающего узла в виде односторонней конической фигуры; 10 отдельные поперечные пластины прокалывающего узла; 11 стержень, связанный с гидравлическим поршнем 4; 12 - вариант образующей прокалывающего узла в виде фигурной линии; 13 третий вариант образующей прокалывающего узла в виде ломаной линии.

α угол конусности прокалывающего узла инструмента, превышающий угол трения по стали.

Инструмент работает следующим образом. Прокалывающий перфоратор перемещает гидравлический поршень 4. Вершина 1 инструмента, а затем и весь прокалывающий узел внедряется в колонну и, продвигаясь вглубь металла колонны, создает разрывные растягивающие напряжения в зоне деформации. Заостренные ребра 2 создают концентраторы напряжений и способствуют уменьшению усилий прокалывания. Углубления 5 уменьшают силы трения. Элементы упрочнения 6 увеличивают стойкость инструмента.

Элементы 7-13 обеспечивают уменьшение сил трения, увеличение прочности инструмента или уменьшение усилий прокалывания.

Колонна, деформируясь в зоне образующегося канала, своими заусенцами, перемещающимися от центра по дуге к внешней стороне канала, разрушает цементный камень и материал пласта, помогая инструменту формировать канал в затрубном пространстве.

Выполнение угла конусности больше угла трения по стали гарантирует отсутствие заклинивания прокалывающего узла в формируемом канале.

Отдельные поперечные пластины 10 прокалывающего узла облегчают разрушение инструмента в случае поломок перфоратора. Это позволяет извлечь перфоратор из скважины и избежать аварий.

Притупление вершины прокалывающего узла упрочняет ее и устраняет возможность поломок.

Таким образом, инструмент обеспечивает надежное выполнение технологического процесса перфорации скважин.

Использование: в нефтегазодобыче, а более конкретно - в инструментах для прокалывающих перфораторов, обеспечивающих формирование каналов в колонне и затрубном пространстве. Сущность изобретения: устройство включает корпус. В нем помещен гидравлический поршень и соединенный с ним прокалывающий узел. Он выполнен сборным из отдельных поперечных пластин. Они установлены на стержне, который связан с гидравлическим поршнем. Пластины образуют коническую фигуру с образующей в виде прямой, ломаной или фигурной линии и углом конусности, превышающим угол трения по стали, 2 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Инструмент для прокалывания обсадной колонны нефтегазовых скважин, включающий корпус, помещенный в нем гидравлический поршень и соединенный с ним прокалывающий узел, отличающийся тем, что последний выполнен сборным из отдельных поперечных пластин, установленных на стержне, связанным с гидравлическим поршнем, при этом пластины образуют коническую фигуру с образующей в виде прямой, ломаной или фигурной линии и углом конусности, превышающим угол трения по стали. 2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что прокалывающий узел выполнен притупленным с боковыми ребрами, размещенными по кольцу в сечении или со смещением их относительно оси конической фигуры с образованием односторонней конической фигуры. 3. Инструмент по пп.1 и 2, отличающийся тем, что прокалывающий узел выполнен в виде многогранника с заостренными ребрами, при этом грани многогранника выполнены с углублениями или элементами упрочнения.