СЕКТОРНЫЙ СПОСОБ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ЩЕЛЕВОЙ ГИДРОПЕСКОСТРУЙНОЙ ПЕРФОРАЦИИ СКВАЖИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК E21B43/11 

Изобретение относится к нефтяной и газовой отраслям промышленности и предназначается для гидропескоструйной перфорации нефтяных и газовых скважин.

Известно значительное влияние прискважинной области на получение притоков при разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений. Основной задачей щелевой гидропескоструйной перфорации является создание таких условий в пласте, при которых будут существенно уменьшены тангециональные напряжения в прискважинной зоне (Методические рекомендации по увеличению проницаемости прискважинной зоны методом щелевой разгрузки. Герасименко Г.Н. Кравец М.Д. и др. Изд. Научно-исследовательский институт геологии Арктики (НИИГА), 1979 г., стр.1).

Известен способ вертикального надреза пласта по авт.св. № 184206 (см. Временная инструкция по гидропескострйному методу перфорации и вскрытию пласта. М., 1967 г. ВНИИ, с.71-72). Технология процесса вертикального надреза содержит два варианта. Первый вариант способа предусматривает непрерывный надрез обсадной колонны, цементного камня и породы пласта. Вначале производится точечная перфорация объекта в течение 15 мин при максимальном допустимом давлении, затем путем ступенчатого снижения давлений (по 15-20 атм) давление закачки доводится до определенного из расчета удлинения. Таким образом, для получения сплошного надреза длиной 10 см общее время перфорации составит 35 мин. Второй вариант надреза «прерывистый надрез». Прерывистый надрез, в принципе, осуществляется так же, как и в первом варианте, путем последовательного изменения давления, но в отличие от первого варианта переход от максимального давления к расчетному осуществляется сравнительно быстро. За это время сплошного надреза колонны не произойдет. В результате такой перфорации в колонне образуются два отверстия. При наличии первоначально образованного отверстия в колонне и канала в пласте создаются условия для закаленной циркуляции и ликвидации встречного потока жидкости, что позволяет получить в пласте выработку по форме и размерам такую же, как и в случае сплошного надреза пласта.

Ее глубина по опытным данным ВНИИ составляет примерно 40 см (Методические рекомендации по увеличению проницаемости прискважинной зоны методом щелевой разгрузки. Герасименко Г.Н., Кравец М.Д. и др. Изд. Научно-исследовательский институт геологии Арктики (НИИГА), 1979 г., стр.30).

Недостатком этих двух вариантов перфорации является необходимость в значительном изменении рабочего давления.

Известно наиболее близкое по конструкции (прототип) «Глубинное устройство для вертикальных перемещений гидроперфоратора» (патент РФ № 2151857, МПК 7 Е21В 43/114 от 27 июня 2000 г.) Глубинное устройство для вертикальных перемещений гидроперфоратора, содержащее цилиндрический корпус и установленный соосно с ним с возможностью перемещения относительно корпуса и жестко связанный в нижней части с гидроперфоратором полый шток, образующий с корпусом кольцевую камеру, причем в герметичной части кольцевой камеры, заполненной вязкой жидкостью, - гидроцилиндре - расположен поршень, жестко связанный со штоком и имеющий капиллярный канал и обратный клапан, а в кольцевой камере под гидравлической частью с вязкой жидкостью и поршнем расположена жестко связанная со штоком и с возможностью перемещения относительно корпуса опора, поджатая снизу относительно корпуса пружиной. К нему - «Дозирующее устройство» (патент РФ № 2150731, МПК 7 G05D 7/00, 7/01 от 10 июня 2000 г.) Дозирующее устройство, содержащее корпус и винт, установленный на резьбе в корпусе и образующий с ним камеру, на внутренней торцовой поверхности которой выполнена канавка, соединяющая входное и выходное отверстия, а также не смачиваемый рабочей жидкостью материал и в камере установлена биметаллическая пластинка, опирающаяся на винт и дно открытой с одной стороны емкости с расположенным в ней упомянутым материалом.

Глубинное устройство создает вертикальные щелевые каналы в обсадной колонне, цементном слое, сложнонапряженной прискважинной зоне и продуктивном пласте при постоянном рабочем давлении, а дозирующее устройство обеспечивает постоянную скорость гидроперфоратору, не зависящую от изменения температуры при проведении перфорации.

Недостатком способа щелевой гидропескоструйной перфорации, проводимого глубинным устройством, является то, что высота канала в продуктивном пласте и в обсадной колонне одинаковы, а это: во первых, большие энергозатраты и, как следствие, малая высота щелевых каналов за единицу времени; во вторых, в обсадной колонне нельзя делать высокий сплошной разрез во избежание ее смятия.

Известно, что «Вырезку обсадных колон и прихваченных труб, установку водоизоляционных экранов и инициирование горизонтальных трещин ГРП осуществляют с помощью глубинных вращателей ВГ-1 конструкции ВНИИ…» (аналог по способу) (см. Временная инструкция по гидропескоструйному методу перфорации и вскрытию пласта. М., 1967 г. ВНИИ, стр.5; стр.33). Вращатель ВГ-1 выполнен в виде цилиндра, внутри которого помещен кольцевой поршень, двигающийся по верхней цилиндрической части полого вала. Полый вал опирается на упорный подшипник. Поршень внешней поверхностью контактирует с корпусом, а внутренней - с полым валом (через уплотнения). На полом валу имеется наружная резьба, находящаяся в зацеплении с такой же резьбой в гайке со стаканом. На гайке со стаканом имеются выступы, которые входят в соответствующие им пазы корпуса, благодаря чему на резьбовом участке гайка со стаканом движется поступательно, а вал с закрепленным на нем перфоратором вращаются.

Недостатком вращателя ВГ-1 является то, что он может выполнять только горизонтальные разрезы.

Наиболее близким к предлагаемому секторному способу вертикальной щелевой гидропескоструйной перфорации является способ создания щели, получаемой двумя насадками, движущимися по одной траектории (прототип по способу), при этом сопло верхней насадки должно быть направлено вверх, а сопло нижней насадки - вниз относительно стенки обсадной колонны, получаемый известным гидроабразивным перфоратором (патент РФ № 2212526 МПК 7 Е21В 43/114, опубликовано 2003.09.20.), содержащим корпус, размещенные на корпусе соединительный элемент для соединения с насосно-компрессорной трубой, верхнее и нижнее сопла, установленные ярусно относительно оси корпуса, он дополнительно содержит винтовой механизм для поступательно-вращательного перемещения корпуса, а оси верхнего и нижнего сопел пересекаются под острым углом, расходящимся от корпуса с точкой пересечения осей, расположенной с тыльной стороны от сопел, при этом оси верхнего и нижнего сопел лежат в плоскости, наклоненной к оси корпуса под углом, равным углу наклона винтовой линии механизма для поступательно-вращательного перемещения корпуса.

Недостатком данного способа и данной конструкции является то, что на получение винтового разреза в обсадной колонне требуется больше энергетических затрат, чем при получении прямого вертикального разреза при одинаковом охвате высоты продуктивного пласта, а совокупный путь двух насадок составляет длину щелевого канала в пласте.

Известно, что гидропескоструйную перфорацию осуществляют наземным оборудованием с обязательным включением: пескосмесительного агрегата, например марки 3ПА, и плунжерных насосных агрегатов, например марки 4АН-700; или импортного комплекса наземного оборудования для гидроразрывов.

Недостатком является высокая стоимость гидроперфорации.

Известно, что промышленностью выпускается три типоразмера насадок с внутренним диаметром 3; 4,5 и 6 мм.

Известна гидромониторная насадка, содержащая вкладыш, причем прочность, твердость материала вкладыша выше, чем соответственно прочность и твердость материала корпуса гидромониторной насадки (заявка на изобретение 2004127286 Е21В 43/114, опубликована 20.02.2004).

Недостатком является большой коэффициент трения с абразивным потоком рабочей жидкости.

Цель изобретения - увеличение производительности щелевой гидропескоструйной перфорации, высоты и глубины перфорационного канала продуктивного пласта.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предложенного изобретения, является:

- во-первых, малые энергетические затраты на гидроперфорацию, т.к. получаемый вертикальный секторный разрез имеет небольшую щель в трубе, цементном слое, сложнонапряженной прискважинной зоне и значительно превосходящий по высоте вертикальный канал в продуктивном пласте;

- во-вторых, при выработке следующего канала рабочая струя отводится в предыдущий канал, расширяя и углубляя оба канала продуктивного пласта;

- в-третьих, малые щели трубы обсадной колонны расположены в значительном удалении друг от друга по высоте, что позволяет создать сплошной вертикальный канал в продуктивном пласте, не нарушая существенной целостности колонны, и создать канал в продуктивном пласте даже за муфтой обсадной колонны, не разрезая ее;

- в-четвертых, применение полимерного вкладыша в насадке уменьшает силу трения абразивной струи и сохраняет мощность потока;

- в-пятых, малые энергетические затраты способствуют осуществлению секторного способа по открытой схеме путем применения широко распространенных и недорогих поршневых агрегатов, марки ЦА-320, нагнетающих рабочую жидкость с последующим добавлением абразива у устья скважины предлагаемым дозатором высокого давления, значительно удешевляя стоимость гидропескоструйной перфорации и расширяя до возможности ее применения в любом нефтегазовом предприятии.

Поставленная цель достигается за счет того, что секторный способ вертикальной щелевой гидропескоструйной перфорации скважины, как и способ, получаемый известным гидроабразивным перфоратором по изобретению RU 2212526, включает формирование перфорационного канала на одной оси в обсадной колонне, цементном слое, сложнонапряженной прискважинной зоне и продуктивном пласте абразивной гидравлической струей.

В отличие от известного способа в предлагаемом способе формирование перфорационного канала осуществляют струей, вытекающей из сопла насадки, направленного под углом к стенке скважины, сопло насадки в процессе перфорации перемещают в вертикальной плоскости сверху вниз или снизу вверх, изменяя постепенно направление струи, направленной первоначально вверх или вниз под углом 45 градусов к стенке скважины до положения, когда изменяют направления струи и направляют ее соответственно вниз или вверх под углом 45 градусов, после сброса рабочего давления сопло возвращают в исходное положение, а перфоратор переставляют вверх или вниз.

Для достижения поставленной цели и исполнения предлагаемого способа предлагается 4 варианта устройств для секторного способа вертикальной щелевой гидропескоструйной перфорации скважины

- Предлагаемое первое устройство, как и глубинное устройство, известное по патенту РФ 2151857, содержит цилиндрический корпус и установленный соосно с ним с возможностью перемещения относительно корпуса и герметично связанный в нижней части с гидроперфоратором полый шток, включающим насадку с соплом, полый шток, образующий с корпусом кольцевую камеру, причем в герметичной части кольцевой камеры, заполненной вязкой жидкостью, - гидроцилиндре - расположен жестко связанный со штоком поршень с каналом и обратным клапаном, в кольцевой камере под гидравлической частью с вязкой жидкостью и поршнем расположена жестко связанная со штоком с возможностью перемещения относительно корпуса опора, поджатая снизу относительно корпуса пружиной.

В отличие от известного глубинного устройства гидроперфоратор содержит кулачок и соединен подвижно с корпусом устройства с возможностью качания в вертикальной плоскости и также соединен подвижно со штоком и содержит два полых шарнирных соединения, имеющих возможность качания в одной плоскости с гидроперфоратором, а устройство содержит в канале поршня дозирующее устройство, известное по патенту РФ2150731, которое, в свою очередь, содержит корпус и винт, установленный на резьбе в корпусе и образующий с ним камеру, на внутренней торцовой поверхности корпуса выполнена спиральная канавка, соединяющая входное и выходное отверстия, а также не смачиваемый вязкой жидкостью материал, в камере установлена биметаллическая пластинка, опирающаяся на винт и дно открытой с одной стороны емкости с расположенным в ней упомянутым материалом.

- Предлагаемое второе устройство содержит корпус с осевым каналом и установленный соосно с ним с возможностью перемещения относительно корпуса и герметично связанный в нижней части с гидроперфоратором полый шток, образующий с корпусом кольцевую камеру, в кольцевой камере расположена жестко связанная со штоком и с возможностью перемещения относительно корпуса опора, поджатая снизу относительно корпуса пружиной.

В отличие от вышеуказанного устройства гидроперфоратор, включающий насадку с соплом, соединен подвижно со штоком с возможностью качания относительно штока в вертикальной плоскости и имеет снаружи жестко связанную с ним соосную шестерню, шестерня зацеплена с вертикальной зубчатой рейкой, рейка расположена в направляющих опорах, жестко связанных со штоком и с возможностью передвижения опор относительно рейки, которая упирается в расположенные сверху и снизу опоры, жестко связанные с корпусом устройства.

- Предлагаемое третье устройство для секторного способа вертикальной щелевой гидропескоструйной перфорации содержит корпус с осевым каналом и установленный соосно с ним с возможностью перемещения относительно корпуса и жестко связанный в нижней части с гидроперфоратором полый шток, образующий с корпусом кольцевую камеру, причем в кольцевой камере расположена жестко связанная со штоком и с возможностью перемещения относительно корпуса опора, поджатая снизу корпуса пружиной.

В отличие от вышеуказанного устройства насадкодержатель с соплом соединен подвижно с гидроперфоратором с возможностью качания относительно гидроперфоратора в вертикальной плоскости и имеет снаружи жестко связанную с ним соосную шестерню, шестерня зацеплена с вертикальной зубчатой рейкой, рейка расположена в направляющих опорах, жестко связанных с гидроперфоратором и с возможностью передвижения направляющих опор относительно рейки, которая упирается в расположенные сверху и снизу опоры, жестко связанные с корпусом устройства.

- Предлагаемое четвертое устройство для секторного способа вертикальной щелевой гидропескоструйной перфорации скважины содержит корпус с вертикальным каналом и гидроперфоратор с насадкой.

Отличается тем, что к каналу присоединен качающийся гидроперфоратор, включающий насадку с соплом, с возможностью качания и вращения в вертикальной плоскости и соосно жестко связан с шестерней, при этом корпус выполнен с дополнительным каналом, связанным с вертикальным каналом, причем в дополнительном канале в герметичных опорах, жестко связанных с корпусом, с возможностью перемещения относительно упомянутых опор установлена зубчатая рейка, имеющая зацепление с шестерней, верхняя часть дополнительного канала, в которой размещена верхняя часть рейки выполнена в виде камеры, заполненной вязкой жидкостью, и герметично закрыта от абразивной рабочей жидкости мягкой прогибающейся перегородкой-манжетой, а с нижней частью зубчатой рейки жестко связана подпружиненная относительно корпуса опора, причем зубчатая передача, включающая упомянутые шестерню и зубчатую рейку, расположена в герметичной камере дополнительного канала, заполненной смазывающим материалом.

В частном случае, для достижения цели рабочее давление создают поршневыми насосными агрегатами закачкой рабочей жидкости без абразива, абразив добавляют в поток рабочей жидкости перед устьем скважины, при этом в наземную обвязку труб включен дозатор высокого давления, содержащий емкость высокого давления. Верхняя часть емкости содержит трубу, соединенную с наземной обвязкой, нижняя часть емкости содержит обеспечивающую подачу абразива в наземную обвязку шестерню, шестерня соединена с электроприводом, верхняя съемная крышка содержит предохранительный клапан и электропривод со шнеком.

В частном случае, цель достигается тем, что сопло насадки содержит полимерную втулку, наружная и внутренняя поверхности которой повторяют внутреннюю поверхность насадки, и выполнена, например, из фторопласта марки Ф-4.

В частном случае, цель достигается тем, что гидроперфоратор, жестко связанный со штоком, имеет хотя бы два качающихся насадкодержателя с возможностью вращения в вертикальной плоскости.

В частном случае, цель достигается тем, что в камере, заполненной вязкой жидкостью, дополнительно установлена герметичная жестко связанная с корпусом перегородка, перегородка содержит капиллярный канал и обратный клапан.

В частном случае, цель достигается тем, что в нижней части вертикального канала дополнительно выполнена резьба, в резьбу вкручен патрубок, а к патрубку подсоединено второе устройство.

Предлагаемый способ и устройство для его осуществления иллюстрируются чертежами, на которых представлены примеры получения перфорационного канала и варианты схем конструкций устройства.

На фиг.1 - продольный разрез вертикальной щели, полученный одной насадкой при полном ходе одного перфоратора с одной насадкой.

На фиг.2 схематично представлен первый вариант заявляемого устройства для секторного способа вертикальной щелевой гидропескоструйной перфорации:

а) - схема устройства

б) - схема дозирующего устройства.

На фиг.3 схематично представлен второй вариант заявляемого устройства.

На фиг.4 схематично представлен третий вариант заявляемого устройства.

На фиг.5 схематично представлен четвертый вариант заявляемого устройства.

На фиг.6 схематично представлен дозатор высокого давления.

На фиг.7 схематично представлено устройство с двумя качающимися насадкодержателями.

На фиг.8 схематично представлено устройство, содержащее дополнительно капиллярный канал и обратный клапан.

Осуществляют заявленный способ, например, следующим образом (см. фиг.1).

На колонне насосно-компрессорных труб опускают устройство на необходимую глубину в скважину. Нагнетают рабочую абразивную жидкость, например пластовую воду с концентрацией кварцевого песка 50-100 грамм на литр и размерами частиц не более ¹/₄ диаметра сопла насадки перфоратора, под давлением 30 МПа. Насадка перфоратора находится в первоначальном положении, т.е. под углом 45 градусов, и направлена вверх. Под действием рабочего давления устройство (см. фиг.2а) поворачивает насадку. Поэтому по приходу абразивной жидкости к насадке полностью сбрасывают давление на 2-3 минуты. За это время устройство возвратит насадку в исходное положение и после восстановления рабочего давления начинается перфорация. Абразивная жидкость разрезает трубу обсадной колонны скважины, вымывает цементный слой, размывает сложнонапряженную прискважинную зону и продуктивный пласт. Перфоратор при этом постепенно поворачивается вокруг опоры корпуса устройства. Поступательная скорость сопла насадки относительно трубы обсадной колоны составляет 3- 4 мм в минуту. Таким образом, при нахождении оси вращения перфоратора в 8 см от стенки трубы обсадной колонны к концу реза за 40-50 минут получают секторную выработку глубиной L=0,4 метра, высотой щели в трубе Нс=0,10-0,12 метра и высотой перфорационного канала в продуктивном пласте Нz=0,8 метра. По истечении времени реза давление сбрасывают и устройство переставляют на запланированную точку для следующего реза. Время перестановки не должно быть более трех минут во избежание присыпки сопла насадки песком. За время перестановки насадка возвращается в исходное положение. Для формирования еще более высокого и глубокого перфорационного канала в продуктивном пласте перфоратор переставляют вниз на расстояние 0,8 метра. После восстановления рабочего давления абразивная жидкость начинает создавать следующую выработку в продуктивном пласте. При достижении максимальной глубины поток абразивной жидкости устремляется в вышестоящую выработку, разрушая породу продуктивного пласта еще глубже и шире. Струя абразивной жидкости усиливается, не встречая обратного потока. Эффективность потока также увеличивается. В конце второго реза получается совместная выработка высотой (0,8+0,8) метра и глубиной более 0,4 метра.

Устройство по первому варианту для секторного способа вертикальной щелевой гидропескоструйной перфорации (см. фиг.2, а) содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого установлен соосно с ним с возможностью перемещения относительно корпуса полый шток 2,образующий с корпусом 1 кольцевую камеру. Шток 2 герметично связан в нижней части с гидроперфоратором 3. В верхней герметичной части кольцевой камеры, заполненной вязкой жидкостью 4, расположен поршень 5, жестко связанный со штоком 2 и имеющий дозирующее устройство 6 и обратный клапан 7. В нижней части кольцевой камеры, под гидравлической частью с поршнем, расположена пружина 8, нижним концом упирающаяся на дно корпуса 1, а верхним - в опору 9, жестко связанную со штоком 2. Гидроперфоратор 3 содержит кулачек 10 и соединен подвижно с корпусом 1 с возможностью качания в вертикальной плоскости. Между штоком 2 и гидроперфоратором 3 дополнительно установлены два полых шарнирных соединения 11 с возможностью качания в одной плоскости с гидроперфоратором 3. Дополнительное дозирующее устройство 6 (см. фиг.2, б) содержит корпус 1, жестко связанный с поршнем устройства, и винт 2, образующий с корпусом 1 камеру 3, на внутренней торцовой поверхности корпуса 1 выполнена спиральная канавка, соединяющая входное и выходное отверстия. В камере 3 установлена биметаллическая пластинка 4 и открытая с одной стороны емкость с мягким не смачиваемым вязкой жидкостью материалом.

Заявляемое по первому варианту устройство работает следующим образом (см. фиг.2, а).

Нагнетаемая рабочая абразивная жидкость через полый шток 2 и полые шарнирные соединения 11 поступает в гидроперфоратор 3 и выходит через сопло насадки. Вытекаемая струя поджимает устройство к задней стенке трубы обсадной колонны. Кулачок 10 упирается в стенку трубы, фиксируя заданное расстояние от сопла насадки до трубы обсадной колонны. За счет давления рабочей жидкости также создается усилие, направленное вниз. Под действием этого усилия вязкая жидкость 4 из подпоршневой полости поршня 5 через дозирующее устройство 6 перетекает в надпоршневую полость. В результате чего происходит медленное опускание подвижной системы, состоящей из штока 2, поршня 5, опоры 9, шарнирных соединений 11, а также вращение гидроперфоратора 3 с кулачком 10 вокруг неподвижной оси, жестко установленной на корпусе 1. При этом обратный клапан 7 поршня 5 закрыт. При своем движении вниз опора 9 сжимает пружину 8. Во время перфорации из-за обмена рабочей жидкости происходит охлаждение вязкой жидкости 4 и ее вязкость увеличивается. Для сохранения заданной постоянной скорости вращения гидроперфоратора 3 включается в работу биметаллическая пластинка 4 (см. фиг.2, б) дозирующего устройства 6. Выпрямляясь от изменения температуры, биметаллическая пластинка 4 увеличивает проходное сечение спиральной канавки, компенсируя этим увеличение вязкости, и расход вязкой жидкости 4 (см. фиг.2, а) не меняется. Скорость выдвижения штока 2 не изменяется. При дальнейшем повороте гидроперфоратора 3 кулачок 10 дает возможность сохранить расстояние от сопла насадки до трубы обсадной колонны и предотвращает заклинивание гидроперфоратора в трубе обсадной колонны. По достижении поршнем 5 крайнего нижнего положения нагнетание рабочей жидкости прекращают. После сброса давления сжатая пружина 8 разжимается и с помощью опоры 9 возвращает всю подвижную систему в исходное положение. При этом вязкая жидкость 4 через открывшийся обратный клапан 7 перетекает под поршень 5.

Таким образом заявляемое устройство выполняет задачу создания вертикальной секторной выработки в продуктивном пласте.

Устройство по второму варианту (см. фиг.3) содержит корпус 1 с осевым каналом и установленный соосно с ним с возможностью перемещения относительно корпуса и герметично связанный в нижней части с гидроперфоратором 3 полый шток 2, образующий с корпусом 1 кольцевую камеру. В кольцевой камере расположена жестко связанная со штоком 2 и с возможностью перемещения относительно корпуса 1 опора 9, поджатая снизу относительно корпуса пружиной 8. Гидроперфоратор 3 соединен подвижно со штоком 2 с возможностью качания относительно штока 2 в вертикальной плоскости и имеет снаружи жестко связанную с ним соосную шестерню 12. Шестерня 12 находится в зацеплении с вертикальной зубчатой рейкой 13, рейка 13 расположена в направляющих опорах 14, жестко связанных со штоком 2 и с возможностью передвижения направляющих опор 14 относительно рейки 13, которая упирается в расположенные сверху и снизу опоры 15 жестко связанные с корпусом 1 устройства.

Заявляемое по второму варианту устройство работает следующим образом (см. фиг.3).

Нагнетаемая рабочая абразивная жидкость через полый шток 2 поступает в гидроперфоратор 3 и выходит через сопло насадки. Это первый этап перфорации. Через расчетное время за счет увеличения давления рабочей жидкости создается расчетное дополнительное усилие, направленное вниз. В результате чего происходит частичное опускание подвижной системы, состоящей из штока 2, опоры 9, гидроперфоратора 3 с шестерней 12 с одновременным вращением шестерни 12 вокруг рейки 13 вместе с гидроперфоратором 3, жестко связанным с шестерней 12. При своем движении вниз опора 9 сжимает пружину 8. Ступенчатым незначительным расчетным повышением давления в несколько этапов доводят гидроперфоратор 3 до крайнего нижнего положения. По достижении гидроперфоратором 3 крайнего нижнего положения нагнетание рабочей жидкости прекращают. После сброса давления сжатая пружина 8 разжимается и с помощью опоры 9 возвращает всю подвижную систему в исходное положение.

Таким образом заявляемое устройство выполняет задачу создания вертикальной секторной выработки в продуктивном пласте.

- Предлагаемое третье устройство для секторного способа вертикальной щелевой гидропескоструйной перфорации (см. фиг.4) содержит цилиндрический корпус 1 с осевым каналом и установленный соосно с ним с возможностью перемещения относительно корпуса 1 и жестко связанный в нижней части с гидроперфоратором 3 полый шток 2, образующий с корпусом 1 кольцевую камеру. В кольцевой камере расположена жестко связанная со штоком 2 и с возможностью перемещения относительно корпуса опора 9, поджатая снизу корпуса пружиной 8. Насадкодержатель 16 герметично соединен с гидроперфоратором 3 с возможностью качания относительно гидроперфоратора 3 в вертикальной плоскости и имеет снаружи жестко связанную с ним соосную шестерню 12. Шестерня 12 находится в зацеплении с вертикальной зубчатой рейкой 13. Рейка 13 расположена в направляющих опорах 14, жестко связанных с гидроперфоратором 3 и с возможностью передвижения направляющих опор 14 относительно рейки 13, которая упирается в расположенные сверху и снизу опоры 15, жестко связанные с корпусом 1 устройства.

Заявляемое по третьему варианту устройство работает следующим образом (см. фиг.4).

Нагнетаемая рабочая абразивная жидкость через полый шток 2 поступает в гидроперфоратор 3 и выходит через сопло насадки. Это первый этап перфорации. Через расчетное время за счет увеличения давления рабочей жидкости создается расчетное дополнительное усилие, направленное вниз. В результате чего происходит частичное опускание подвижной системы, состоящей из штока 2, опоры 9, гидроперфоратора 3 с шестерней 12 с одновременным вращением шестерни 12 вокруг рейки 13 вместе с насадкодержателем 16, жестко связанным с шестерней 12. При своем движении вниз опора 9 сжимает пружину 8. Ступенчатым незначительным расчетным повышением давления в несколько этапов доводят гидроперфоратор 3 до крайнего нижнего положения. По достижении гидроперфоратора 3 крайнего нижнего положения нагнетание рабочей жидкости прекращают. После сброса давления сжатая пружина 8 разжимается и с помощью опоры 9 возвращает всю подвижную систему в исходное положение.

Таким образом заявляемое устройство выполняет задачу создания вертикальной секторной выработки в продуктивном пласте.

- Предлагаемое четвертое устройство (см. фиг.5) содержит корпус 1 с вертикальным каналом. К корпусу 1 присоединен качающийся гидроперфоратор 3 с возможностью вращения в вертикальной плоскости, он имеет жестко связанную с ним соосную шестерню 12. Шестерня 12 находится в зацеплении с вертикальной зубчатой рейкой 13. Рейка 13 расположена в герметичных опорах 14, жестко связанных с корпусом 1 устройства с возможностью перемещения относительно опор 14. В нижней части рейки 13 расположена жестко связанная с ней и с возможностью перемещения относительно корпуса 1 опора 9, поджатая снизу относительно корпуса пружиной 8. Верхняя часть рейки 13 образует с дополнительно выполненным каналом, соединенным с вертикальным каналом, камеру. Камера заполнена вязкой жидкостью 4 и герметично закрыта от абразивной рабочей жидкости мягкой прогибающейся перегородкой-манжетой 17, зубчатая передача расположена также герметичной камере, которая заполнена смазывающим материалом 18.

Заявляемое по четвертому варианту устройство работает следующим образом (см. фиг.5).

Нагнетаемая рабочая абразивная жидкость через вертикальный канал поступает в гидроперфоратор 3 и выходит через сопло насадки. Это первый этап перфорации. Через расчетное время за счет увеличения давления рабочей жидкости создается расчетное дополнительное усилие, направленное и в дополнительно выполненный канал через манжету 17 на торец зубчатой рейки 13 вниз. В результате чего происходит частичное опускание подвижной системы, состоящей из рейки 13 и опоры 9 с одновременным вращением шестерни 12 вместе с гидроперфоратором 3. При своем движении вниз опора 9 сжимает пружину 8. Ступенчатым незначительным расчетным повышением давления в несколько этапов доводят гидроперфоратор 3 до крайнего нижнего положения. По достижении гидроперфоратора 3 крайнего нижнего положения нагнетание рабочей жидкости прекращают. После сброса давления сжатая пружина 8 разжимается и с помощью опоры 9 возвращает всю подвижную систему в исходное положение. Манжета 17 восстанавливает первоначальную форму.

Таким образом заявляемое устройство выполняет задачу создания вертикальной секторной выработки в продуктивном пласте.

В частном предлагаемом случае рабочее давление создают поршневыми насосными агрегатами закачкой рабочей жидкости без абразива, абразив добавляют в поток рабочей жидкости перед устьем скважины, при этом в наземную обвязку труб включен дозатор высокого давления (см. фиг.6). Дозатор содержит емкость высокого давления 1. Верхняя честь емкости содержит патрубок 2. Патрубок 2 соединен с наземной обвязкой труб 3, нижняя часть емкости содержит обеспечивающую подачу абразива в наземную обвязку шестерню 4. Шестерня 4 соединена с электроприводом 5. Верхняя часть 6 емкости 1 содержит предохранительный клапан 7 и другой электропривод 8 со шнеком 9.

Осуществляют предлагаемую технологию, например, следующим образом. Гидропескоструйную перфорацию обязательно производят со сбросом песка и жидкости. Поршневые агрегаты ЦА-320 нагнетают в скважину рабочую жидкость под давлением 30 МПа. Рабочее давление передается вовнутрь емкости 1 через патрубок 2 (см. фиг.6). Электропривод 8 непрерывно вращает шнек 9. При этом абразив помещен в емкость 1, он постоянно находится в движении, не уплотняется и не осаживается на дно емкости 1. После выхода на рабочий режим включают электропривод 5, шестерня 4 подает абразив в рабочую жидкость. Предохранительный клапан 6 закрыт. Предложенная технология удешевляет гидропескоструйную перфорацию и расширяет возможность ее широкого применения.

В предлагаемом частном случае насадка содержит полимерную втулку, наружная и внутренняя поверхности которой повторяют внутреннюю поверхность насадки, и выполнена из фторопласта марки Ф-4.

Втулка уменьшает коэффициент трения между потоком абразивной рабочей жидкости и поверхностью сопла насадки и тем самым сохраняет эффективную мощность струи, увеличивает глубину канала в продуктивном пласте.

В частном случае, в предлагаемом устройстве (см. фиг.7) гидроперфоратор 3, жестко связанный со штоком, содержит хотя бы два качающихся насадкодержателя 16 с возможностью вращения в вертикальной плоскости.

В частном случае, в предлагаемом устройстве (см. фиг.8) камера, заполненная вязкой жидкостью 4, дополнительно содержит герметично и жестко связанную с корпусом перегородку 18, перегородка 18 содержит капиллярный канал 6 и обратный клапан 7.

Предлагаемое устройство работает следующим образом (см. фиг.8). Постоянное рабочее давление абразивной жидкости передается через манжету 17 в верхнюю часть дополнительно выполненного канала над перегородкой 18. Вязкая жидкость 4 через капиллярный канал 6 перетекает в нижнюю часть канала и вытесняет рейку 13. Рейка 13 вращает перфоратор 3. Обратный клапан 7 закрыт. Опора 9 рейки 13 сжимает пружину 8. После сброса давления пружина 8 разжимается. Вязкая жидкость 4 через обратный клапан 7 быстро перетекает в обратном направлении и возвращает устройство в исходное положение.

Таким образом устройство выполняет поставленную задачу при постоянном рабочем давлении.

В частном случае, в предлагаемом устройстве в нижней части вертикального канала (см. фиг.5) дополнительно выполнена резьба, в резьбу вкручен патрубок, а к патрубку подсоединено второе устройство.

В этом случае каждое из устройств создает секторную выработку.

Группа изобретений относится к нефтяной и газовой отраслям промышленности, а именно к способам и устройствам для гидропескоструйного перфорирования скважин. Технический результат - увеличение производительности щелевой гидропескоструйной перфорации, высоты и глубины перфорированного канала продуктивного пласта. Секторный способ вертикальной щелевой гидропескоструйной перфорации скважины включает формирование перфорационного канала на одной вертикальной оси в обсадной колонне, цементном слое, сложнонапряженной прискважинной зоне и продуктивном пласте абразивной гидравлической струей, вытекающей из сопла насадки, направленного под углом к стенке скважины. Сопло насадки в процессе перфорации перемещают в вертикальной плоскости сверху вниз или снизу вверх, изменяя постепенно направление струи, направленной первоначально вверх или вниз под углом 45 градусов к стенке скважины до положения, когда изменяют направления струи и направляют ее соответственно вниз или вверх под углом 45 градусов. После сброса рабочего давления сопло возвращают в исходное положение, а перфоратор переставляют вверх или вниз. 5 н. и 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Секторный способ вертикальной щелевой гидропескоструйной перфорации скважины, включающий формирование перфорационного канала на одной вертикальной оси в обсадной колонне, цементном слое, сложнонапряженной прискважинной зоне и продуктивном пласте абразивной гидравлической струей, вытекающей из сопла насадки, направленного под углом к стенке скважины, отличающийся тем, что сопло насадки в процессе перфорации перемещают в вертикальной плоскости сверху вниз или снизу вверх, изменяя постепенно направление струи, направленной первоначально вверх или вниз под углом 45° к стенке скважины до положения, когда изменяют направления струи и направляют ее соответственно вниз или вверх под углом 45°, после сброса рабочего давления сопло возвращают в исходное положение, а перфоратор переставляют вверх или вниз.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что рабочее давление создают поршневыми насосными агрегатами закачкой рабочей жидкости без абразива, абразив добавляют в поток рабочей жидкости перед устьем скважины, при этом в наземную обвязку труб включают дозатор высокого давления, содержащий емкость высокого давления, верхняя часть емкости содержит трубу, соединенную с наземной обвязкой, а нижняя часть емкости, обеспечивающая подачу абразива в наземную обвязку, содержит шестерню, которая соединена с электроприводом, а верхняя крышка емкости содержит предохранительный клапан и электропривод со шнеком.

3. Устройство для секторного способа вертикальной щелевой гидропескоструйной перфорации скважины, содержащее цилиндрический корпус и установленный соосно с ним с возможностью перемещения относительно корпуса и герметично связанный в нижней части с гидроперфоратором, включающим насадку с соплом, полый шток, образующий с корпусом кольцевую камеру, причем в герметичной части кольцевой камеры, заполненной вязкой жидкостью, - гидроцилиндре расположен жестко связанный со штоком поршень с каналом и обратным клапаном, в кольцевой камере под гидравлической частью с вязкой жидкостью и поршнем расположена жестко связанная со штоком, с возможностью перемещения относительно корпуса, опора, поджатая снизу относительно корпуса пружиной, отличающееся тем, что гидроперфоратор содержит кулачок и соединен подвижно с корпусом устройства с возможностью качания в вертикальной плоскости, при этом полый шток связан с гидропескоструйным перфоратором посредством двух полых шарнирных соединений, имеющих возможность качания в одной плоскости с гидроперфоратором, а устройство снабжено установленным в канале поршня дозирующим устройством, содержащим корпус и винт, установленный на резьбе в корпусе и образующий с ним камеру, на внутренней торцовой поверхности корпуса выполнена спиральная канавка, соединяющая входное и выходное отверстия, а также размещен не смачиваемый вязкой жидкостью материал, в камере установлена биметаллическая пластинка, опирающаяся на винт и дно открытой с одной стороны камеры с расположенным в ней упомянутым материалом.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что насадка гидроперфоратора содержит полимерную втулку.

5. Устройство для секторного способа вертикальной щелевой гидропескоструйной перфорации скважины, содержащее корпус с осевым каналом и установленный соосно с ним с возможностью перемещения относительно корпуса и герметично связанный в нижней части с гидроперфоратором полый шток, образующий с корпусом кольцевую камеру, причем в кольцевой камере расположена жестко связанная со штоком и с возможностью перемещения относительно корпуса опора, поджатая снизу относительно корпуса пружиной, отличающееся тем, что гидроперфоратор, включающий насадку с соплом, соединен подвижно со штоком с возможностью качания относительно штока в вертикальной плоскости и имеет снаружи жестко связанную с ним соосную шестерню, шестерня зацеплена с вертикальной зубчатой рейкой, рейка расположена в направляющих опорах, жестко связанных со штоком и с возможностью передвижения направляющих опор относительно рейки, которая упирается в расположенные сверху и снизу опоры, жестко связанные с корпусом устройства.

6. Устройство для секторного способа вертикальной щелевой гидропескоструйной перфорации, содержащее корпус с осевым каналом и установленный соосно с ним с возможностью перемещения относительно корпуса и жестко связанный в нижней части с гидроперфоратором полый шток, образующий с корпусом кольцевую камеру, причем в кольцевой камере расположена жестко связанная со штоком и с возможностью перемещения относительно корпуса опора, поджатая снизу корпуса пружиной, отличающееся тем, что насадкодержатель соединен подвижно герметично с гидроперфоратором с возможностью качания относительно гидроперфоратора в вертикальной плоскости и имеет снаружи жестко связанную с ним соосную шестерню, шестерня зацеплена с вертикальной зубчатой рейкой, рейка расположена в направляющих опорах, жестко связанных с гидроперфоратором с насадкодержателем, включающим насадку с соплом, и с возможностью передвижения направляющих опор относительно рейки, которая упирается в расположенные сверху и снизу опоры, жестко связанные с корпусом устройства.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что гидроперфоратор, жестко связанный со штоком, имеет хотя бы два качающихся насадкодержателя с возможностью вращения в вертикальной плоскости.

8. Устройство для секторного способа вертикальной щелевой гидропескоструйной перфорации скважины, содержащее корпус с вертикальным каналом, гидроперфоратор, включающий насадку с соплом, отличающееся тем, что гидроперфоратор установлен на корпусе с возможностью качания и вращения в вертикальной плоскости и соосно жестко связан с шестерней, при этом корпус выполнен с дополнительным каналом, связанным с вертикальным каналом, причем в дополнительном канале в герметичных опорах, жестко связанных с корпусом, с возможностью перемещения относительно упомянутых опор, установлена зубчатая рейка, имеющая зацепление с шестерней, верхняя часть дополнительного канала, в котором размещена верхняя часть рейки, выполнена в виде камеры, заполненной вязкой жидкостью, и герметично закрыта от абразивной рабочей жидкости мягкой прогибающейся перегородкой-манжетой, а с нижней частью зубчатой рейки жестко связана подпружиненная относительно корпуса опора, причем зубчатая передача, включающая упомянутые шестерню и зубчатую рейку, расположена в герметичной камере дополнительного канала, заполненной смазывающим материалом.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что в камере, заполненной вязкой жидкостью, установлена герметичная жестко связанная с корпусом перегородка, перегородка содержит капиллярный канал и обратный клапан.

10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что в нижней части вертикального канала выполнена резьба, в резьбу вкручен патрубок, а к патрубку подсоединено второе устройство.